大学普通物理学课程PPt

e2 (1.6 × 10 −19 ) 2 Fe＝ ⋅ 2 = 9 × 109 × = 8.2 × 10 − 8 N −11 2 4πε 0 r (5.3 × 10 ) 1
万有引力为
mM Fg＝G ⋅ 2 r 9.1 × 10 − 31 × 1.67 × 10 − 27 = 6.67 × 10 −11 × = 3.6 × 10 − 47 N ( 5.3 × 10 −11 ) 2
一、电场
两种观点
{
超距作用
作用 电荷1 电荷1 作用 电场1 电场1 电场2 电场2 电荷2 电荷2 电荷2 电荷2
电场
电荷1 电荷1
1、电场的概念 、
电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围 电荷之间的相互作用是通过电场传递的， 存在有电场 在该电场的任何带电体， 电场。 存在有电场。在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。 这就是所谓的近距作用。 近距作用 表明电场具有动量、质量、 表明电场具有动量、质量、 2、电场的物质性 、 能量，体现了它的物质性. 能量，体现了它的物质性 •电场中的带电体有力的作用。 电场中的带电体有力 电场中的带电体有 的作用。 能量。 •当带电体在电场中移动时，电场力作功；表明电场具有能量。 当带电体在电场中移动时， 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。 变化的电场以光速在空间传播， 动量。 变化的电场以光速在空间传播 表明电场具有动量
v v F E= q0
4、电场力 、
电荷q在电场 中 电荷 在电场E中 在电场 的电场力
电场中某点的电场强度在数值上等于位于 该点的单位正试验电荷所受的电场力。 该点的单位正试验电荷所受的电场力。 电场强度的方向与电场力的方向一致（ 电场强度的方向与电场力的方向一致（当 q0为正值时）。 为正值时）。 单位： 单位：N.C-1或V.m-1 电场强度是电场的属性， 电场强度是电场的属性，与试验电荷 的存在与否无关， 的存在与否无关，并不因无试验电荷 而不存在，只是由试验电荷反映。 而不存在，只是由试验电荷反映。
§7－1 物质的电结构 库仑定律 －
一、电荷
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。 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， 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 就说它们带了电， 引轻小的物体。人们就说它们带了电， 或者说它们有了电荷 说它们有了电荷。 或者说它们有了电荷。 质子( + ) 原子核 原子 中子 电子(-) 当物质处于电中性时，质子数＝ 当物质处于电中性时，质子数＝中子数 当物质的电子过多或过少时， 当物质的电子过多或过少时，物质就带 有电荷 电子过多时——物体带负电 电子过多时 物体带负电 电子过少时——物体带正电 电子过少时 物体带正电 电量的定义： 电量的定义： 物体所带电荷的多 少叫作电量。 少叫作电量。 单位：库仑(C) 单位：库仑
三、电荷的量子化
1913年，密立根用液滴法从实验中测出所 年 有电子都具有相同的电荷， 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。 电荷是电子电荷的整数倍。 e 电子电量 n = ±1,±2,±3, L 带电体电量 q = ne
密立根
•电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电 电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电 电荷的这种只能取离散的 荷的量子化。电子的电荷e称为基元电荷， 电荷的量子。 称为基元电荷 荷的量子化。电子的电荷 称为基元电荷，或电荷的量子。 1986年国际推荐值 年国际推荐值 近似值 •夸克模型 夸克模型
+
-
2、电场强度叠加原理和点电荷系的场强 、
v v v v n v F = F + F +L+ F = ∑F i 1 2 n
第七章
静止电荷的电场
本章主要内容：研究真空中静电场的基本特性： 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、 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、 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、 描述静电场的物理量：电场强度、电势 静电场中的电解质 ：极化强度 有电解质的高斯定理： 有电解质的高斯定理：电位移
v Qq0 v F= e 2 r 4πε 0 r 点电荷场强公式 v v F Q v E＝ = e 2 r q0 4πε 0 r
Q>0，电场强度E与er同向 ，电场强度 与 Q<0，电场强度 与er反向。 ，电场强度E与 反向。
q0
v r
原点
说明： 说明：
(1)点电荷电场是非均匀电场； 点电荷电场是非均匀电场； 点电荷电场是非均匀电场 (2)点电荷电场具有球对称性。 点电荷电场具有球对称性。 点电荷电场具有球对称性
•点电荷 点电荷
可以简化为点电荷的条件: 可以简化为点电荷的条件
Q1
d< r <
•库仑定律内容 库仑定律内容 动画演示
r d
观察点 P
在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力， 在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小与点 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， 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， 作用力在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相排斥，异号电 荷互相吸引。 荷互相吸引。 v
•库仑力的叠加原理： 库仑力的叠加原理： 库仑力的叠加原理
n v n v 1 q0 q i r F0 = ∑ F0 i = ∑ e0 i 2 i =1 i =1 4πε 0 r0 i
v rO 3
v rO1 qo v rO 2
q2
q3
v rO 4
q4
在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.3× 例7-2 在氢原子中，电子与质子之间的距离约为 ×10-11m， ， 求它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。 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
四、库仑定律 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 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。 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 年对摩擦力进行分析， 年对摩擦力进行分析 的科学理论。 的科学理论。 1785~1789年，用扭秤测量静电力和磁力，导 年 用扭秤测量静电力和磁力， 出著名的库仑定律。 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， 他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得 出摩擦定律。 出摩擦定律。
2、实验 、
在静止的电荷Q周围的静电场中，放入试验电荷q0 ，讨 在静止的电荷 周围的静电场中，放入试验电荷 周围的静电场中 论试验电荷q0 的受力情况。 论试验电荷 的受力情况。
v Qq0 v F＝ r 2 4πε 0 r
F与r 有关，而且还与试验电荷 0 有关。 与 有关，而且还与试验电荷q 有关。
3、电场强度 、
试验电荷将受到源电荷的作用力与试验电荷电量的 比值F/q 则与试验电荷无关， 比值 0 则与试验电荷无关，可以反映电场本身的 性质，用这个物理量作为描写电场的场量，称为电 性质，用这个物理量作为描写电场的场量，称为电 场强度（简称场强）。 场强度（简称场强）。
v Qq0 v F＝ r 2 4πε 0 r
电磁运动及其规律的物理学分支。 电磁运动及其规律的物理学分支。
2、电磁学的主要内容 、
•电荷 电流产生电场和磁场的规律； •电荷、电流产生电场和磁场的规律； 电荷、 •电场和磁场的相互作用； 电场和磁场的相互作用； 电场和磁场的相互作用 •电磁场对电流、电荷的作用； 电磁场对电流、 电磁场对电流 电荷的作用； •电磁场中物质的各种性质。 电磁场中物质的各种性质。 电磁场中物质的各种性质
3、静电场 、
相对于观察者静止的电荷在周围空间激发的电场叫做静电场。 相对于观察者静止的电荷在周围空间激发的电场叫做静电场。 静电场
二、电场强度
1、试验电荷 、
线度足够小，小到可以看成点电荷； 线度足够小，小到可以看成点电荷； 电量足够小，小到把它放入电场中后， 电量足够小 ， 小到把它放入电场中后， 原来的电场 几乎没有什么变化。 几乎没有什么变化。
e = 1.602 177 33(49) × 10 −19 C
e = 1.602 × 10 −19 C
上夸克、 上夸克、下夸克 奇夸克、 奇夸克、粲夸克 顶夸克、底夸克 顶夸克、
•宏观带电体的带电量 >> e，准连续 宏观带电体的带电量q 宏观带电体的带电量 ， •电荷的相对论不变性： 电荷的相对论不变性 在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。 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。 电荷的这一性质叫做电荷的相对论不变性。 电荷的相对论不变性
v r12 2 1 r r e12 = r12 / r12
k= 1 4πε 0
v q1q2 r F = k 2 e12 12 v v r 12 = r −r
表示单位矢量 =8.9875×109N·m2C-2 ×
F12 v r1
O
v q1 r12
q2
v r2
v F21
ε0=8.85×10-12C2·m-2 · N-1 ×
3、学习电磁学的意义 、
•在现代物理学中的地位是非常重要的。 在现代物理学中的地位是非常重要的。 在现代物理学中的地位是非常重要的 •深入认识物质结构。 深入认识物质结构。 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 是学习电工学、 是学习电工学 无线电电子学、自动控制、 术等学科的基础。 术等学科的基础。