物理课件05-1.2.3

E 方向与 E 方向与
F 方向相同 F 方向相反
定义式表明：电场中任意点的电场强度等 于单位正电荷在该点所受电场力
说明
F E q0
电场强度是描述电场强弱的物理量
电场强度大的地方，电荷在该点受到的电场力就大， 电场强度小的地方，电荷在该点受到的电场力就小 正电荷在该点受到的电场力的方向与电场强度的方向 相同； 负电荷在该点受到的电场力的方向与电场强度的方向 相反。
讨论
1) 基本实验规律 2) 适用条件 真空
q1q2 f 2 4 0 r
宏观 微观 静止点电荷 适用
3) 介质中 （均匀各向同性）
q1 q2 f 2 4 r

是电介质的介电常数
二.电力叠加原理
实验事实： 两个点电荷之间的作用力并不因为第三个点电荷 的存在而有所改变。 空间中存在多个点电荷，某个点电荷受到来自
47
例2
一长为l 带电体，带电量为 q，沿l 长度方向 距带电体一端距离 a 处有一点电荷q 0 ，
求带电体与点电荷之间的静电力 解： 由库仑定律
l
a
qq0 f 4 0 a 2
库仑定律适用条件？
q
q0
解：
dq dr
q l
l dr
a
q
r
q0
dqq0 q0 dr df 2 4 0 r 4 0 r 2
四、电磁学的学习特点 1.教学要求：矢量代数、场论基础。 2.归纳特征：库仑、高斯、安培 麦氏
3.对称特征：
4.叠加性：
五、电磁学发展概况
1.古代对电磁现象的认识 （公元前600年 — 16世纪中后期）
2.吉尔伯特的研究 （1544 — 1630） 1600年发表《论电磁体》 3.静电学的研究 1600年 盖利克（德） —— 摩擦起电机 导体 1792年 格雷（英） —— 导电现象 非导体
1745 — 1746年 克莱斯特（德） 穆欣布克（荷）——莱顿瓶
1746年 富兰克林（美） —— 正负电荷 1785 — 1787年 库仑（法） —— 库仑定律
1820年 奥斯特（丹麦）—— 通电导线周围产生磁场
1831年 法拉第（英） —— 电磁感应 1873年 麦克斯韦（英）—— 麦氏方程组 1886年 赫兹（德）—— 电磁波的存在
1775年 富兰克林（美） 1677年 普利斯特列（英）
F
1 r
2
( 0.06)
（1801年发表）
1772 — 1773年 亨利 卡文迪许（英）
k F n (n 2 0.02) r
（1879年发表）
（ 一 七 卡 三 文 一 迪 许 一 （ 八 英 一 国 零 ） 年 ）
q´ q´ Q q´
q´
q´
• 所带电量尽可能地少， 以致不会对原有电场产生显著影响 • 线度必须尽可能地小以致可以被看作点电荷， 能用来确定场中每一点的性质
实验结果
1) 同一q0，不同场点
q0 所受电场力的大小和方向不同 2) 同一场点，不同量值 q0 q0 所受电场力的方向确定不变的， 但电场力的大小却和 q0 的量值成正比
—
卡 文 迪 许 实 验 室
（3） 库仑的实验研究成果
A. 扭秤实验测电斥力 （静力学） （1785 年） B. 电摆实验测吸引力 （动力学） （1787年）
T 2
类比方法： 万有引力
l r GM
电引力
Fy 1 / r2
Fy m1 m2
Fd 1 / r2
Fd q1 q2
3. 库 仑 定
r
f 21
﹣
q2
(2)公式
大小
q1＋ f12
＋
f 21
r
f12 f 21 f
f q1q2 r2
f K
q1q2 r
2
q2
矢量形式
选取由
q1＋ f12 ˆ r
＋
f 21
r
12
q1 指向 q2 的单位矢量，
q1q2 ˆ f 21 K r12 2 r12
q1q2 ˆ f12 K r 12 2 r 12
静电场
相对于观察者静止的电荷产生的电场, 是电磁场的一种特殊形式。
问题：如何描述电场？
利用场的力学特性定义一个描述电场性质的物理量
① 空间坐标的函数，反映空间各点
要求 电场的性质。（广延性）
② 矢量 （力学特性）
③ 只反映电场本身的性质 方法 找一检验电荷，测量空间各点电场力的情况
二.电场强度
1.实验：空间带电体 电量为 Q 寻找描述场中各点电场的 强弱的物理量 检验电荷
(1.6 10 ) 9.0 10 15 2 (0.519 10 )
19 2 9
8.23 10 N
8
31 27 m p me 1.67 10 11 9.1 10 f 万 G 2 6.67 10 15 2 r (0.519 10 )
3.64 10 N
电磁学（Electromagnetism）
一、研究对象
电场、磁场以及带电物体之间相互作用的基本规律。
力学研究对象—— “实物”
电磁学的研究对象—— “场” 1．实物与场的共同点 物质性 多样性
2．实物与场的不同点
a． 场具有广延性： 弥漫在整个空间中 实物具有粒子性： 占据一有限空间 b．场具有相容性：在同一空间区域可以
三.电场强度的计算 1.点电荷的场强公式
E
Q 4 0 r
2
r0
q r 0
r
P
电场强度是球对称
2. 点电荷系的场强
如果带电体由 n 个点电荷组成，如图
E Ei
i
qi
Ej
i n E
i 1
40 ri
qi
r 2 i
Ei
P
ri
点电荷系在空间任一点激发的总场强等于 各个点电荷单独存在时在该点所激发的场强 的矢量和
库仑定律可表示为
(3)常数 K
K 9 10 m N / c 通常还引入另一常量 0来代替K,
SI
实验测定
9
2
2
K
1 4 0
12 2 2
0 8.85 10 C m N 0 叫真空介电常量 真空电容率 q1q2 ˆ f 21 f12 r 2 12 40 r12
律
静止点电荷 (1)内容：在真空中， 两个静止点电荷之间的 相互作用力，其大小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；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。
q1q2 f K r0 2 r f 21 q2
q1＋ f12
＋
r
q1＋
f12
q2
其它点电荷的总电力应等于所有其它点电荷
单独作用时的电力的矢量和
qq ˆ r Fi f ij 4 r
i j
j i
j i
2
ij
ij
例1
氢原子核中的质子与核外电子之间的距离
r 0.519 10 m
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求它们之间的静电力以及万有引力.
解:
f静
e
2 2
4 0 r
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
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. 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.
基本带电粒子： 电子
正电子
q=-e
q=+e
质子
q=+e
问题

1.为什 么电子和质子的电量 值相等的精确度如此之高？
2.为什么所有电子能保持这样精确的固定的电 荷值？是何种力量使电子成为一个整体？
分数电荷 —— 夸克 组成强子的基本粒子
Q = e / 3 ， 2e / 3
1964年 杰尔曼（美）提出分数电荷的设想。 1966年中国学者提出层子模型。 1967年，美国麻省理工学院的弗里得曼等人及 斯坦福大学泰勒，用直线加速器第一次发现了 夸克的踪迹，证明了夸克模型。 1990年 杰尔曼获诺贝尔物理学奖。
3.电荷的相对论不变性：从不同的惯性系看某一带 电粒子的电量都是相同的。
二.电荷守恒定律 在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负电 荷的代数和在任何物理过程中保持不变。
Q
i
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 )，是自然界中普遍的基本定 律之一。
§5－2
库仑定律
§5－3
一、电场
电场强度
1. 超距作用 物体间相互作用
直接 瞬时
电荷
2. 电场
电荷
电荷
电场
电荷
问题：电场是什么？
• 电场是物质存在的一种具体形态 • 电场的形式是多种多样的 • 电场具有广延性 • 电场的基本特征 库仑力
电场力
静电力
① 电场对处于其中的电荷有力的作用－力的属性
② 在电场中移动电荷，电场力要作功－能的属性
发现
F q0
不同场点不同 与检验电荷无关
比值定义为描述电场性质的物理量——电场强度