大学物理A(下) ppt课件

◆本次课教学基本要求
1.了解电荷的基本概念; 2.理解电场强度的概念; 3.掌握电场强度的有关计算;
◆本次课的重点和难点
电场强度概念的理解和其计算问题
一.电荷
5.1 电荷 库仑定律
1. 正负性
2. 量子性
1913年，密立根用液滴法首先从实验中测出所
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。
5.1 电荷
q3 受的力：
F f1 f2 q 2
对n个点电荷：
r1
F F i1 F iF 2 i.4 1. 0F q. rn 0iq 2i. r i0 ..f1
对电荷连续分布的带电体
dF
q0dq
r0
40r2
FQ4q0d0qr2r0 Q
dq
库仑定律
q1 q 3 r2
f2
教学计划
第五版教材（58+机动2）
内容
章节 课时
第五章 14+2
电磁学
38+8
第六章 第七章
4+2 12+2
第八章 8+2
狭义相对论 4 第十四章 4
量子物理 8 第十五章 8
电磁学
（Electromagnetism）
▲ 电磁学研究的是电磁现象 的基本概念和基本规律： • 电荷、电流产生电场和 磁场的规律；
• 稳恒电流的磁场 （真空、介质）
• 电磁感应 (电磁场与电磁波)
第5章 静电场
图为1930年E.O.劳伦斯制成的世界上第一台回旋加速器
相对于观察者为静止的电荷称为静电荷。它 在空间所产生的场为静电场，它是电磁场的一 种特殊状态。重点讨论真空中的静电场。
5-1 电荷量子化 电荷守恒定律 5-2 库仑定律 5-3 电场强度 5-4 电场强度通量 高斯定理 *5-5 密立根测定电子电荷的实验 5-6 静电场的环路定理 电势能 5-7 电势 5-8 电场强度与电势梯度 *5-9 静电场中的电偶极子
(2) 成立条件：真空、静止、点电荷; ⑶ 适用范围：10－15____107m
r<10－15m是电子不能视为点电荷,还是库仑平方反比定 律失效还无定论.r >107m的实验验证还不多.
wenku.baidu.com
(4) 库仑力满足牛顿第三定律
(5) 一般 F电F万
例 在氢原子内,电子和质子的间距为 5.31011m. 求它们之间库仑力和万有引力,并比较它们的大小。
3
3
从原子到夸克
夸克模型
ud
π
uu
d
p
su
ud d
n
3. 守恒性 在一个孤立系统中总电荷量是不变的。即在任 何时刻系统中的正电荷与负电荷的代数和保持 不变，这称为电荷守恒定律。
4. 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。电荷的这一性质叫做电荷的相 对论不变性。
电荷的电量与它的运动状态无关
dF
r
q0
一. 静电场
5.2 静电场 电场强度
早期：电磁理论是超距作用理论
后来: 法拉第提出场的概念
电荷qA
电场
电荷qB
电场的特点
(1) 对位于其中的带电体有力的作用
(2) 带电体在电场中运动,电场力要作功,表明电场具有 能量。
(3)变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量。
二. 电场强度
• 电场和磁场的相互联系； • 电磁场对电荷、电流的作用； • 电磁场对物质的各种效应。
▲ 处理电磁学问题的基本观点和方法
• 观点：电磁作用是“场”的作用（近距作用） • 对象：弥散于空间的电磁场，着眼于场的分布
•方法：基本实验规律
归纳 假设
（特殊）
综合的普遍规律 （一般）
▲ 电磁学的教学内容:
• 静电学（真空、介质、导体）
1.点电荷 当带电体的大小、形状与带电体间的距离相比 可以忽略时,就可把带电体视为一个带电的几 何点。 (一种理想模型)
2.库仑定律
处在静止状态的两个点电荷，在真空（空气） 中的相互作用力的大小，与每个点电荷的电量 成正比，与两个点电荷间距离的平方成反比， 作用力的方向沿着两个点电荷的连线。
电荷q1 对q2 的作用力F21
二.库仑定律
5.1 电荷 库仑定律
库仑 (C.A.Coulomb 1736 1806）
法国物理学家，1785 年通过扭秤实验创立库 仑定律, 使电磁学的研 究从定性进入定量阶段. 电荷的单位库仑以他的 姓氏命名.
1777年开始研究静电和磁 力问题。当时法国科学院悬赏 征求改良航海指南针中的磁针 问题。库仑认为磁针支架在轴 上，必然会带来摩擦，提出用 头发丝或丝线悬挂磁针。研究 中发现线扭转时的扭力和针转 过的角度成比例关系，从而可 利用这种装置测出静电力和磁 力的大小，这导致他发明扭秤。
解 me9.11031kg e1.611 0C 9
mp1.671027kg G 6 .6 7 1 1 0 N 1m 2k 2 g
Fe 4π10
e2 r2
8.1106N
Fe 2.271039
FgGmrem 2p 3.710-47N Fg
（微观领域中,万有引力比库仑力小得多,可忽略不计.）
三. 电场力的叠加
本章教学基本要求
1.掌握描述静电场的两个基本物理量——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.
2.理解静电场的两条基本定理——高斯定理和 环路定理，明确认识静电场是有源场和保守场.
3.掌握用点电荷的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；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.
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
盖尔—曼提出夸克模型 : 1 e 2 e
线度足够小
1.试验电荷
电量足够小
2.实验
Q
q0 P
•
在电场中： F1 =
q1
F
F2 q2
=
E
场源电荷Q
3.定义
E
F
物理 意义
F21
k
q1q2 r2
F21kqr1q22r201
q1
r
r21
q2 F21
电荷q2对q1的作用力F12 q 1
q2
F12kqr1q22r102
F12
r
r12
0 真空中的电容率（介电常数）
k 1
4 0
08 .8 5 1 1 0 C 22N 1 m 2
讨论：
v F
1
40
q1q2 r2
evr
(1) 静电力：大小、方向、作用点;