结构框图 电荷相互作 用(第八章) 库仑定律 静电力叠加原理 力电场电通量广高斯定理静电场 静电 强度 的基本 场功 电势 环路定理 性质 与带电粒子 导体的静电平衡 电 电 的相互作用一电介质电位移矢量 场 (第九章) 极化介质中高斯定理
结构框图 电荷相互作 用（第八章） 库仑定律 静 电 场 电场 强度 电通量 高斯定理 电势 环路定理 静电场 的基本 性质 与带电粒子 的相互作用 （第九章） 导体的静电平衡 电位移矢量 介质中高斯定理 电介质 极化 电 场 能 静电力叠加原理 电 容 力 功
第八章静电场( electrostatic field 电磁运动是物质的又一种基本运动形式.电磁相 互作用是自然界已知的四种基本相互作用之一。 运动电荷将同时激发电场和磁场,电场和磁场是相 互关联的。 静电场:静止电荷产生的电场。由于电荷相对于惯 性参考系静止时,电荷在此惯性参考系中就 只激发电场,而无磁场。 本章的主要内容: 1.两条基本实验定律:库仑定律,静电力叠加原理。 2.两个基本物理量:电场强度E,电势V。 3.两条基本定理:静电场高斯定理,环路定理。 揭示静电场基本性质(有源场、保守场)
第八章 静电场 (electrostatic field) 本章的主要内容： 1. 两条基本实验定律：库仑定律，静电力叠加原理。 3. 两条基本定理：静电场高斯定理，环路定理。 揭示静电场基本性质(有源场、保守场)。 2. 两个基本物理量：电场强度 E ，电势 V 。 电磁运动是物质的又一种基本运动形式．电磁相 互作用是自然界已知的四种基本相互作用之一。 运动电荷将同时激发电场和磁场，电场和磁场是相 互关联的。 静电场：静止电荷产生的电场。由于电荷相对于惯 性参考系静止时，电荷在此惯性参考系中就 只激发电场，而无磁场
§8-1电荷的量子化电荷守恒定律 ·按照原子理论,在每个原子里,电子环绕由中子和 质子组成的原子核而运动~称为电子云 原子核的线度≈5×10m电子云的线度≈5×10m 物质结构理论: (原子的直径) ①原子中的中子不带电,质子带正电,电子带负电, 质子与电子所具有的电荷量(简称电荷)的绝对值 是相等的。 ②在正常情况下,每个原子中的电子数与质子数相等, 故物体呈电中性。 ③当物体经受摩擦等作用而造成物体的电子过多或 不足时,我们说物体带了电。若是电子过多,物体 就带了负电;若是电子不足,则物体带了正电
§8-1电荷的量子化 电荷守恒定律 • 按照原子理论，在每个原子里，电子环绕由中子和 质子组成的原子核而运动～称为电子云 •物质结构理论： ②在正常情况下，每个原子中的电子数与质子数相等， 故物体呈电中性。 ①原子中的中子不带电，质子带正电，电子带负电， 质子与电子所具有的电荷量(简称电荷)的绝对值 是相等的。 ③当物体经受摩擦等作用而造成物体的电子过多或 不足时，我们说物体带了电。若是电子过多，物体 就带了负电；若是电子不足，则物体带了正电。 原子核的线度 15 5 10 m − 电子云的线度 10 5 10 m − （原子的直径)
电荷量子化 1897年J.J.汤姆孙从实验中测出电子的比荷(即电子 的电荷与质量之比e/m) 1913年,密立根(R.A. millikan)用液滴法测定了 电子电荷,(参见P29§8-5)证明:微小粒子带电量 的变化是不连续的,它只能是元电荷e的整数倍,即 粒子的电荷是量子化的 ne n=1,2,3, 迄今所知,电子是自然界中存在的最小负电荷,质子是最小 的正电荷。~现在也提出可能存在具有1/3e和2/3e电荷的基本 粒子理论推测,但目前在实验上,并没有发现它们 1986年的推荐值为:e=1.60217733×10-19库仑(C 电量的国际单位:名称为库仑,简称库,符号为C 电荷量子化( charge quantization)是个实验规律
一、电荷量子化 •1897年J.J.汤姆孙从实验中测出电子的比荷(即电子 的电荷与质量之比 e/m ) •1913年，密立根（R.A.millikan )用液滴法测定了 电子电荷，(参见P29 §8-5)证明：微小粒子带电量 的变化是不连续的，它只能是元电荷 e 的整数倍,即 粒子的电荷是量子化的。 •电荷量子化(charge quantization )是个实验规律。 •迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电荷，质子是最小 的正电荷。～现在也提出可能存在具有1/3e和2/3e电荷的基本 粒子理论推测，但目前在实验上，并没有发现它们。 •1986年的推荐值为：e =1.60217733×10-19库仑(C) 电量的国际单位：名称为库仑，简称库，符号为C q ne = n=1，2，3，…
、电荷守恒定律(1 aw of conservation of charge) 表述:在一个与外界没有电荷交换的系统(孤立系 统)内,不管系统中的电荷如何迁移,系统的电荷 的代数和保持不变。 电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程,是物 理学中普遍的基本定律之 三、电荷究竞是什么? 电荷就是电子、质子等这些粒子? 电荷:(与物体的惯性质量一样)是物体的一种属 性,为了表示物体电力的强度规定了电荷量 电子、质子带有电荷,同时又有质量。 对于电荷的正负使用的命名法是富兰克林提出的, 实际上,是可以任意的
在一个与外界没有电荷交换的系统（孤立系 统）内，不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷 的代数和保持不变。 •电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程，是物 理学中普遍的基本定律之一。 •表述： 二、电荷守恒定律（law of conservation of charge) 三、电荷究竟是什么？ •电荷就是电子、质子等这些粒子？ •电荷：（与物体的惯性质量一样）是物体的一种属 性，为了表示物体电力的强度规定了电荷量。 •电子、质子带有电荷，同时又有质量。 •对于电荷的正负使用的命名法是富兰克林提出的， 实际上，是可以任意的。
§8-2库仑定律( Coulomb law) 静电学是研究相对于观察者为静止的电荷间相互 作用的规律,所以观察者所在的参考系必须是惯性 参考系 ·静电学理论基础是库仑定律、叠加原理、电荷守恒 定律 、库仑定律 1785年法国物理学家库仑利用扭秤(扭力天平)实验 直接测定了两个带电球体之间的相互作用的电力,从 而得到两个点电荷之间相互作用的规律~库仑定律。 点电荷:是一个抽象的模型。当两带电体本身的线度 d远比问题中所涉及的距离r小得很多时,即d<r,带 电体就可近似当成是“点电荷
§8-2 库仑定律(Coulomb law) 一、库仑定律 •静电学是研究相对于观察者为静止的电荷间相互 作用的规律，所以观察者所在的参考系必须是惯性 参考系。 •静电学理论基础是库仑定律、叠加原理、电荷守恒 定律。 1785年法国物理学家库仑利用扭秤(扭力天平)实验 直接测定了两个带电球体之间的相互作用的电力，从 而得到两个点电荷之间相互作用的规律～库仑定律。 点电荷：是一个抽象的模型。当两带电体本身的线度 d远比问题中所涉及的距离r小得很多时，即d<<r，带 电体就可近似当成是“点电荷”
库仑定律的表述: 在真空中,两个静止的点电荷之间的相互作用力,其 大小与它们电荷的乘积成正比,与它们之间距离的二 次方成反比;作用力的方向沿着两点电荷的连线,同 号电荷相斥,异号电荷相吸 库仑定律的数学式: q1 2 F12=k 4142 fi 2 12 7i2 712 h12 12 21表示单位矢量 712 21 2 fo,=k q14 21 e2 库仑力满足牛顿第三定律 21
12 2 1 r r r = − 1 2 12 12 2 12 q q F k e r = 12 r 1 r 2 r O F12 F21 1 q 2 q 12 12 21 12 r e e r = = − 表示单位矢量 •库仑定律的表述： 在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其 大小与它们电荷的乘积成正比，与它们之间距离的二 次方成反比；作用力的方向沿着两点电荷的连线，同 号电荷相斥，异号电荷相吸。 •库仑定律的数学式： F21 F12 = − 库仑力满足牛顿第三定律 1 2 21 21 2 21 q q F k e r =
国际单位制中: k 8.98755×10N.m2.C2≈90×109N.m2.C2 4元E0 E=8.854187817×10-12C2.N.m2≈885×10-12F2.m1 称为真空电容率或真空介电常量。 2.叠加原理 实验表明,库仑力满足线性叠加原理, 即不因第三者的存在而改变两者之间 0 的相互作用。 q 静电力的叠加原理: 02 =∑F=∑ I gog q 4兀a Oi 参见:P5例 作业:P5184
9 2 2 9 2 2 0 1 8.98755 10 9.0 10 4 k N m C N m C − − = = 12 2 1 2 12 2 1 0 8.854187817 10 8.85 10 C N m F m − − − − − = 国际单位制中： 称为真空电容率或真空介电常量。 实验表明，库仑力满足线性叠加原理， 即不因第三者的存在而改变两者之间 的相互作用。 静电力的叠加原理： 0 0 0 0 2 1 1 0 0 1 4 n n i i i i i i q q F F e = = r = = 1 q i q q3 2 q 0 q 01 r 02 r 0i r 03 r 2.叠加原理 参见：P5 例 作业：P51 8-4 • • • • •
§8-3电场强度( electric field strength) 电场( electric field)的物质性: 1.电荷之间的相互作用是通过电场传递的,或者说电 荷周围存在有电场,引入该电场的任何带电体,都受 到电场的作用力,这就是所谓的近距作用 电荷 电场 电荷 2.场的物质性体现在: a.力学性质:给电场中的带电体施以力的作用 b.能量性质:当带电体在电场中移动时,电场力会对 其作功。表明电场具有能量。 C.变化的电场以光速在空间传播,表明电场具有动量 表明电场具有动量、能量,体现了它的物质性
§8-3 电场强度(electric field strength) 一、电场(electric field)的物质性： 1.电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电 荷周围存在有电场，引入该电场的任何带电体，都受 到电场的作用力，这就是所谓的近距作用。 2.场的物质性体现在： a.力学性质: 给电场中的带电体施以力的作用。 b.能量性质：当带电体在电场中移动时，电场力会对 其作功。 表明电场具有能量。 c.变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量 电荷 表明电场具有动量、能量，体现了它的物质性。 电场 电荷
3电场与实物之间的不同在于它具有叠加性。(同类 实物具有可加性) 二、电场强度( electric field strength) 试验电荷:+q本身携带电荷足够小;占据空间也足 够小,放在电场中不会对原有电场有显著的影响。 将+q放在点41,92,43…q荷系产生的电场中, q0受到的作用力为F,为描述电场的属性引入 个物理量电场强度(简称为场强) F E 单位正电荷在电场中某 物理 q0点所受到的力。 意义 它与检验电荷无关,反映电场(源电荷)本身的性质
3.电场与实物之间的不同在于它具有叠加性。(同类 实物具有可加性) 二、电场强度 (electric field strength) •试验电荷： 本身携带电荷足够小；占据空间也足 够小，放在电场中不会对原有电场有显著的影响。 0 +q 0 F E q = 它与检验电荷无关，反映电场(源电荷)本身的性质。 ～单位正电荷在电场中某 点所受到的力。 物理 意义 •将 放在点 电荷系产生的电场中， 受到的作用力为 ，为描述电场的属性引入 一个物理量电场强度(简称为场强）： q q q qn , , ,... 1 2 3 F 0 +q 0 +q