大学物理第7章静电场PPT课件
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7
教学基本要求
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 E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.
库仑 (Charlse-Augustin de Coulomb 1736 ~1806)
法国物理学家
1773年提出的计算物体上应力和应变分布情 况的方法，是结构工程的理论基础。
1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂 的科学理论。
1785~1789年，用扭秤测量静电力和磁力，导 出著名的库仑定律。
他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得
学习电磁学的意义
•在现代物理学中的地位是非常重要的。
•深入认识物质结构。
•是学习电工学、无线电电子学、自动控制、计算机技术
等学科的基础。
5
什么是场？
场是某一个物理量的空间分布
如：温度场、引力场、速度场、电场、磁场等。
场量 场所代表的物理量，如温度、速度、电场强度等。
场的分类：标量场与矢量场 标量场：场量为标量，如温度场； 矢量场：场量为矢量，如速度场、引力场、电场、磁场等。
出摩擦定律。
13
点电荷模型 （d r12）
带电体的线度比起带电体之间的距离小得 多的情况下,带电体可视为点电荷,点电荷是一 个理想模型
q 1 r12
F21
q2
F12 d
q1
F2 1
r12 q 2
F1 2
14
库仑扭秤实验
15
库仑定律内容
在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小
场具有可迭加性 场的描述方法
1如）函数法T ： 将T ( 场x 量, y 的, z 空; t 间) 分v 布 和v 随( r 时, t 间) 的E 变 化E 用 ( 函r , 数t ) 表示
2）图示法：用图形来表示场量的空间分布。
如：等高线图，电场线图等
6
第七章
静电场
本章主要内容：研究真空中静电场的基本特性： 静电场的基本定律：库仑定律、叠加定律 静电场的基本定理：高斯定理、环路定理 描述静电场的物理量：电场强度、电势 静电场对电荷的作用
08 .8 5 1 1 0 C 22N 1 m 2
F12
1
4 0
qr11q222 e12
F1 2
• 库仑力满足牛顿第三定律 F21F12r1
•实验表明，库仑力满足线性叠加原理， O
即不因第三者的存在而改变两者之间 的相互作用。
库仑力的叠加原理：
F 0i n1F 0i i n1410qr00q 2ii e0i
3
电磁学
电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学是研究 电磁运动及其规律的物理学分支。
电磁运动是物质运动的基本形式之一； 电磁学的规律从宏观到微观都有广泛的应用。
质(粒 点 ) 子 波 场
4
电磁学--历史上：科技发展的支柱，
21世纪：高技术发展的基石！
电磁学的主要内容
•电荷、电流产生电场和磁场的规律； •电场和磁场的相互作用； •电磁场对电流、电荷的作用； •电磁场中物质的各种性质。
万有引力为
Fg＝ Gm r2M
6.6 71 01 19.11(5. 033111. 061 1)721 02 73.61 04 7N
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.
8
7－1 电荷
9
一、电荷的量子化
1、电荷种类 摩擦起电：用木块摩擦过的琥珀能吸
引碎草等轻小物体的现象。许多物体 经过毛皮或丝绸等摩擦后，都能够吸 引轻小的物体。人们就说它们带了电， 或者说它们有了电荷。
原 子原 子 核质 中子 子() 电 子(-)
电量的定义：
当物质处于电中性时，质子数＝中子数
物体所带电荷的多
当物质的电子过多或过少时，物质就带有电荷 少叫作电量。
电子过多时——物体带负电 电子过少时——物体带正电
单位：库仑(C) 10
2、电荷量子化
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。
在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。
电荷的这一性质叫做电荷的相对论不变性。
11
二、电荷守恒定律
内容：在孤立系统中，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。
说明：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。
12
7-2 库仑定律
1
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
2
电磁运动 (电磁学)
公元前600年
1820年
1831年
古希腊泰勒斯
奥斯特发现
第一次记载电现象 电流对磁针的作用
法拉第发现 电磁感应现象
1865年麦克斯韦提出 电磁场理论
1905年爱因斯坦建立 狭义相对论
与点电荷电量的乘积成正比，与两点电荷之间距离的平方
成反比，作用力在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相
排斥F，1异2 号电k荷q互r11相q222吸e引1。2
r12r2 r1
F1 2
r1
单位矢量 e12r12/r12 O
q1
r1 2
Leabharlann Baidu
r2
q2 F2 1
1 k
4 0
SI制 k 8 .98 1 9 7 N 0 m 5 2 C 2 5 16
真空电容率
q1
r1 2
r2
q1
rO 1
rO 3
q3 rO 4
q4
q2 F2 1
qo
rO 2 q 217
例：在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.3×10-11m，求 它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。
解：氢原子核与电子可看作点电荷
F e ＝ 4 10e r2 2 9 19 0 ( (1 5 ..6 3 1 1 1 1 0 0 ) )9 2 1 2 8 .2 1 8 0 N
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。电子的电荷e称为基元电荷，或电荷的量子。
1986年国际推荐值 e 1 .60 12 7 3(4 7 3) 9 1 1 0 C 9
近似值
e1.60 121 0C 9
3、电荷的相对论不变性：
教学基本要求
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 E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.
库仑 (Charlse-Augustin de Coulomb 1736 ~1806)
法国物理学家
1773年提出的计算物体上应力和应变分布情 况的方法，是结构工程的理论基础。
1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂 的科学理论。
1785~1789年，用扭秤测量静电力和磁力，导 出著名的库仑定律。
他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得
学习电磁学的意义
•在现代物理学中的地位是非常重要的。
•深入认识物质结构。
•是学习电工学、无线电电子学、自动控制、计算机技术
等学科的基础。
5
什么是场？
场是某一个物理量的空间分布
如：温度场、引力场、速度场、电场、磁场等。
场量 场所代表的物理量，如温度、速度、电场强度等。
场的分类：标量场与矢量场 标量场：场量为标量，如温度场； 矢量场：场量为矢量，如速度场、引力场、电场、磁场等。
出摩擦定律。
13
点电荷模型 （d r12）
带电体的线度比起带电体之间的距离小得 多的情况下,带电体可视为点电荷,点电荷是一 个理想模型
q 1 r12
F21
q2
F12 d
q1
F2 1
r12 q 2
F1 2
14
库仑扭秤实验
15
库仑定律内容
在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小
场具有可迭加性 场的描述方法
1如）函数法T ： 将T ( 场x 量, y 的, z 空; t 间) 分v 布 和v 随( r 时, t 间) 的E 变 化E 用 ( 函r , 数t ) 表示
2）图示法：用图形来表示场量的空间分布。
如：等高线图，电场线图等
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第七章
静电场
本章主要内容：研究真空中静电场的基本特性： 静电场的基本定律：库仑定律、叠加定律 静电场的基本定理：高斯定理、环路定理 描述静电场的物理量：电场强度、电势 静电场对电荷的作用
08 .8 5 1 1 0 C 22N 1 m 2
F12
1
4 0
qr11q222 e12
F1 2
• 库仑力满足牛顿第三定律 F21F12r1
•实验表明，库仑力满足线性叠加原理， O
即不因第三者的存在而改变两者之间 的相互作用。
库仑力的叠加原理：
F 0i n1F 0i i n1410qr00q 2ii e0i
3
电磁学
电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学是研究 电磁运动及其规律的物理学分支。
电磁运动是物质运动的基本形式之一； 电磁学的规律从宏观到微观都有广泛的应用。
质(粒 点 ) 子 波 场
4
电磁学--历史上：科技发展的支柱，
21世纪：高技术发展的基石！
电磁学的主要内容
•电荷、电流产生电场和磁场的规律； •电场和磁场的相互作用； •电磁场对电流、电荷的作用； •电磁场中物质的各种性质。
万有引力为
Fg＝ Gm r2M
6.6 71 01 19.11(5. 033111. 061 1)721 02 73.61 04 7N
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.
8
7－1 电荷
9
一、电荷的量子化
1、电荷种类 摩擦起电：用木块摩擦过的琥珀能吸
引碎草等轻小物体的现象。许多物体 经过毛皮或丝绸等摩擦后，都能够吸 引轻小的物体。人们就说它们带了电， 或者说它们有了电荷。
原 子原 子 核质 中子 子() 电 子(-)
电量的定义：
当物质处于电中性时，质子数＝中子数
物体所带电荷的多
当物质的电子过多或过少时，物质就带有电荷 少叫作电量。
电子过多时——物体带负电 电子过少时——物体带正电
单位：库仑(C) 10
2、电荷量子化
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。
在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。
电荷的这一性质叫做电荷的相对论不变性。
11
二、电荷守恒定律
内容：在孤立系统中，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。
说明：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。
12
7-2 库仑定律
1
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
2
电磁运动 (电磁学)
公元前600年
1820年
1831年
古希腊泰勒斯
奥斯特发现
第一次记载电现象 电流对磁针的作用
法拉第发现 电磁感应现象
1865年麦克斯韦提出 电磁场理论
1905年爱因斯坦建立 狭义相对论
与点电荷电量的乘积成正比，与两点电荷之间距离的平方
成反比，作用力在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相
排斥F，1异2 号电k荷q互r11相q222吸e引1。2
r12r2 r1
F1 2
r1
单位矢量 e12r12/r12 O
q1
r1 2
Leabharlann Baidu
r2
q2 F2 1
1 k
4 0
SI制 k 8 .98 1 9 7 N 0 m 5 2 C 2 5 16
真空电容率
q1
r1 2
r2
q1
rO 1
rO 3
q3 rO 4
q4
q2 F2 1
qo
rO 2 q 217
例：在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.3×10-11m，求 它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。
解：氢原子核与电子可看作点电荷
F e ＝ 4 10e r2 2 9 19 0 ( (1 5 ..6 3 1 1 1 1 0 0 ) )9 2 1 2 8 .2 1 8 0 N
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。电子的电荷e称为基元电荷，或电荷的量子。
1986年国际推荐值 e 1 .60 12 7 3(4 7 3) 9 1 1 0 C 9
近似值
e1.60 121 0C 9
3、电荷的相对论不变性：