2020年华科附中高中物理竞赛辅导课件(09静电场)A电荷和库仑定理等(共18张PPT)

q1 q2
在任意P点Er放n 一点电荷qE0r
,
P
q0 r EP
P E1
qi q j
qn
则 PqFrr点0 的Fr电1r场Fr强q2L0度r:
r Fn
F1 F2 L Fn
q0 q0
q0
E1 E2 En
场强叠加原理
k
Ei
i 1
k i 1
qi
4 0ri2
r eri
各点电荷在该点各自
r F q0
设点电荷q位于坐标原点处
在任意点P放入一点电荷 q0 根据库仑定律 q0受力
z
r
P q0
y
r F
P点处的场强
Er4qqFqr000r2
q>0
r er
q
4
r
0r
r
E // er
2
+q x
r er
——球对称电场！
q<0
E
er
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（2）点电荷系的电场
已知空间有点电荷q1、 q2 、…qn组成的电荷系
当多个点电荷存在时，任意一个点电荷受的
静电力等于其它各个点电荷单独存在时对它的作
用力的矢量和。
即有
F F1 F2 F3 Fn
r
F
nr Fi
i 1
n1
i1 40
qoqi ri2
r ei
q1 rv1
qn rv3
q3 rv4
q4
qo rv2
q2
5
第2节 静电场、电场强度
Electrostatic Fields and
注：
大小为单位正电荷在该处受力大小 方向为单位正电荷在该处受力方向
r
E
与检验电荷q0无关,
反映电场本身的性质。 r
一般电场中不同点的场强 E大小方向都不同
——电场是一个矢量场(vector field)
r 若场中各点的 E 大小方向都相同
——均匀电场
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3. Er的计算
（1）点电荷的电场
E
r 的定义：E
2º电场力对移动电荷作功 ——静电场具有能量
3º变化的电场以光速在空间传播, 表明电场具 有质量和动量。 E mC2 P mC
静电场：相对观察者静止的电荷激发的电场
——是电磁场的一种特殊形式 特点： 静电场与电荷相伴而生
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r 二、电场强度矢量 E
1. 检验电荷
点电荷q0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。
电场中一点的场强 = 产生的场强的矢量和
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（3）任意带电体的电场
将其无限划分成许多电荷元 dq 组成
dq在任意点P处产生的电场为 dq
r dE
dq
4 0 r 2
r er
r dE
. r P
所有dq在P点产生的电场
r E
Hale Waihona Puke r dEdq4 0 r
2
r er
矢量积分
rr
E dE
Ex dEx Ey dEy
一、电场
Electric Field Strength
近代物理学证明
电荷之间的相互作用力是通过电场传递 的。电荷在周围空间激发电场, 引入该电场 的任何带电体, 都会受到电场的作用力。
电荷 q1
电场 F21
F12 电荷q2
电场是物质存在的一种形态,也具有动量、
质量、能量。
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电场的物质性
1º对放入其内的任何电荷都有作用力 对导体产生静电感应现象 对电介质产生极化现象
但是电子的电量 q= e = 1.60210-19C 保持不变
4.电荷是量子化的
1906～1917年,密立根用液滴法测定了电子电荷,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:
q = ne n= ±1,±2,±3… 电荷量子
1986年的推荐值为 e = 1.60217733×10-19库仑
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。
注: 在宏观电磁现象中电荷的不连续性表现不出来 2
二、电相互作用
理想模型
1.库仑定律 （1785年，库仑通过扭称实验得到）
在真空中两个静止点电荷q1, q2之间的作用
力与它们的电量的乘积成正比,与它们之间距离
的平方成反比
r F
k
q1q2 r2
F
r
r F
q1q2
4 0r 2
r er
F21
r
q1 r
F21
F12
q2
F12
q2
q1
3°若q1、q2在介质中, 介电常数 = r0；
空气中 ： 0
4°基本实验规律
在宏观，微观领域都适用！
4
2.电力叠加原理
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的相互作用。
E Exi Ey j Ezk
r
| E |
E
2 x
E
2 y
Ez2
Ez dEz
tg
Ey Ex
L
12
r er
r F
r q2受力
国际单位制中：
k 0
1
4 0
8.988 109
Nm2/ C2
8.85 1012 C2/Nm2
err 单位矢量
q1施力
真空中的介电常量
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注：
rr 1°遵从牛顿第三定律 F12 F21
2°库仑定律只适用两个
静止点电荷 q1、q2 同号, 排斥力
F||r
q1、q2 异号, 吸引力
2020
全国高中物理竞赛
华科附中辅导课件 （含竞赛真题练习）
第三篇
第9章 静电场
第9章 静电场
Electrostatic Fields
第1节 电荷和库仑定理
Charge and Coulomb’s Law
一、电荷
1.什么是电荷？
电荷是物质的基本属性! 电荷 只有两种
2.电荷遵从守恒定律
在一个和外界没有电荷交换的系统内,正负
2.电场强度
将q0放在点q1,q2,qn电荷系 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一
个物理量电场强度：
r
q0
F
r
E
qi
i
r E
r F
q0
大小为单位正电荷在该处受力大小 方向为单位正电荷在该处受力方向
单位：N/C (牛顿/库仑) 或 V/m(伏特/米)
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r E
r F
q0
电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。即
qi C
电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程 ( 例如核反应和基本粒子过程 ), 是物理学中普
遍的基本定律之一。
1
3.电量是相对论不变量
在不同参照系内观察, 同一个带电粒子的电量不
电子加速到
0.9999999997
变,这一性质叫做电荷的相对 论不变性
m = 4.0825×104 m0