第七章7-4.2真空中的静电场.ppt

第七章 真空中的静电场 一 掌握描述静电场的两个物理量——电场强度和电势的概念，理解电场强度 是矢量点函数，而电势V 则是标量点函数. 二 理解高斯定理及静电场的环路定理是静电场的两个重要定理，它们表明静电场是有源场和保守场. 三 掌握用点电荷电场强度和叠加原理以及高斯定理求解带电系统电场强度的方法；并能用电场强度与电势梯度的关系求解较简单带电系统的电场强度. 四 掌握用点电荷和叠加原理以及电势的定义式求解带电系统电势的方法. 五 了解电偶极子概念，能计算电偶极子在均匀电场中的受力和运动. 教学基本要求 7.１ 电荷 库仑定律 一、电荷的量子化 1913年，密立根用液滴法从实验中测出所有电子都具有相同的电荷，而且带电体的电荷是电子电荷的整数倍。(质子与电子电量严格相等) 电子电量 e 带电体电量 q=ne, n=1,2,3,... 电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电荷的量子化。 （还有电荷的守恒性和非相对论性） 1986年国际推荐值 排斥力使带电的头发直立起来 二.真空中的库仑定律 真空中两静止点电荷之间的相互作用力(静电力或库仑力) 二、库仑定律 类比万有引力，科学家猜测电荷间作用力与距离平方成反比。 罗比逊实验，发现 罗比逊实验装置 偏差 卡文迪许利用两个同心球的实验证明了上述规律，他得到δ=0.02，可惜两人的工作都未发表。 卡文迪许同心球实验装置 库仑于1875年用电扭秤实验，通过与万有引力类比，确信并提出了库仑定律 C2/（N·m2） 计算表明，库仑力远大于万有引力 三、从库仑定律的建立看，类比方法的重要性 库仑测得δ=0.04，但他断定力与距离成平方反比，是成功运用类比方法的结果。 麦克斯韦对类比法的论述：“为了不用物理理论而得到物理思想，我们必须熟悉物理类比的存在。所谓物理类比，我指的是一种科学定律与另一种科学定律之间的部分相似性。它使得这两种科学可以相互说明。” 正变换 逆变换 7.2 电场强度 一、静电场 1、静电场 静止电荷产生的场叫做静电场。电荷之间的相互作用是通过电场传递的。 2、电场的物质性 能给电场中的带电体施以力的作用。 当带电体在电场中移动时，电场力作功；表明电场具 有能量。 变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量。 电荷 电场 电荷 场是一种特殊形态的物质 “场”概念引入的重大意义 力线和场的概念的提出，不仅对电磁感应和其他一系列电磁实验可给以定量的物理描述，而且“场”的提出，表明电力和磁力是一种近距作用，即这种力是通过“场”进行传播的，不是“超距作用”。 更重要的是：“场”的引入是物理学中极具想象力的创举，对物理学发展具有开创意义。在过去人们认为物理实在是质点，牛顿研究的是质点的力学运动规律。而在电磁学的研究中，物理实在是有连续的“场”来代表。法拉第和麦克斯韦研究的是“场”的运动变化规律，这是一场伟大的变革。 “想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。” ——爱因斯坦 （试验电荷为点电荷且电量足够小,对原电场几乎无影响） 二、电场强度 三、点电荷电场强度 在真空中，点电荷Q 放在坐标原点，试验电荷放在r 处，由库仑定律可知试验电荷受到的电场力为 点电荷场强公式 点电荷电场具有球对称性。 点电荷系场强 四、电场强度叠加原理 1、电荷离散分布 点电荷系电场中某点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点的场强的矢量和。这就是电场强度的叠加原理。 2、电荷连续分布 若带电体电荷连续分布 每个电荷元视为点电荷 可把带电体分割成许多个电荷元dq 然后利用场强叠加原理 3、电场强度的计算方法 离散型 连续型 计算的步骤大致如下： 任取电荷元dq，写出dq在待求点的场强的表达式； 选取适当的坐标系，将场强的表达式分解为标量表示式； 进行积分计算； 写出总的电场强度的矢量表达式，或求出电场强度的大 小和方向； 在计算过程中，要根据对称性来简化计算过程。 求均匀带电细棒中垂线上一点的场强。设棒长为l ，带电量q，电荷线密度为λ。 解： 例题1： ①建坐标； ②取电荷元dq ； 由于对称性 L→∞时 例题1: 已知两杆电荷线密度为, 长度为L, 相距L .