大学医用物理05节静电场课程课件

1906 -1917年,密立根用液滴法首
先在实验上证明了电荷量的变化是不
连续的. 微小粒子带电荷量 Q = N e
元电荷 e 1.60210-19C
C(库仑)是电荷量的单位,它是由
A(安培)导出的,导线中有1A电流,1s内
流过导线横截面的电荷量为1C.
密立根
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。 库仑是电量的国际
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三.电场 电场强度
法拉第提出近距作用,并提出力线和场的概念.
(一)电场 (electric field) 存在于带电体周围空间的特殊物质。电荷之间的
相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有 电场，引入该电场的任何带电体，都受到电场的作用 力，这就是所渭的近距作用。
点电荷在电场中受的电场力 F qE
场强的叠加原理：
电场中任何一点的总场强，等于各个点电荷在
该点各自产生的场强的矢量和。这就是场强叠加原
理。
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n
E F
qo
Fi
n
i1
Fi
q q 大学医用o物理05节静i电1场课程o
n
i1
Ei
(三).电场强度的计算
1.点电荷的场强公式
Q
根据库仑定律和场强的定义
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2. 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
雷电
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雷电
(二)电场强度 (electric field intensity)
电场强度是描述场中各点电场的强弱的物理量. 以单位电荷在电场中的受力来描述：
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以 F12表示电荷q1对电荷q2的作用力, e12表示由电荷q1指向电荷q2的单位矢量, 则
F12
k
q1q2 r2
e12
q1
q2
r12
e12
而电荷q2受到电荷q1的作用力 F21为
F21
k
q1q2 r2
e21
q1 e21
场源电荷 建立电场的电荷
电荷
电场
静电场 与观察者相对静止的场源电荷所产生的电场
电荷
1.电场的基本性质
a.给电场中的带电体施以力的作用。 b.当带电体在电场中移动时，电场力作功. 表明电场具有能量。
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c.变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量 表明电场具有动量、质量、能量，体现了它的物质性.
1986年的推荐值为：
单位。
e =1.60217733×10-19库仑(C)
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❖ 电荷的相对论不变性
带电粒子的电荷量不因其运动状态的变化而发生变 化.
❖ 电 荷 守 恒 定 律 (law of conservation of charge)
在一个与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.电荷守恒定律 是物理学中的基本定律.
+
r
r
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2
多F个 点 电F1荷的F电2 场
Fn
n
Fi
i 1
Fi
q 对 q 的作用力
i
Fi
F2
q
E F F1 F2 Fn
q E1
E2
q En
q2
F1 qi q1
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E Ei
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例 长为 l 均匀带电直线,电荷线密度为 ,求：如
一空间带电体,电荷量为Q,考察P点的场强,为 此引入一试验电荷q放到P处,测量试验电荷受力状况.
试验电荷应满足的条件为
Q
• 电荷量充分地小
• 线度足够地小
P
P点处试验电荷受力为
q
实验表明： P点比值
电场强度定义为
E
F
F
F q
与试验电荷无关
单位 N/C 或V/m
F
F力的单位是牛顿[Nq]; 电量 q的单位是库仑[C]
q2
r21
真空中两静止点电荷间作用力满足 F12 F21
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在国际单位制中, k 写成 k 1
4π 0
0 8.851012 C2 ·N1 ·m2 ,称为真空电容率,
也称为真空介电常数.
库仑定律是一实验定律,其精确性已经受了各种 检验,它在原子尺度内也是适用的,可正确描述 电子与原子核间的作用力,而且对于原子结合成 分子,原子、分子聚合成固体、液体的力也可给 出正确说明.
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一.电荷Baidu Nhomakorabea基本性质
电荷是构成物质的基本粒子的一种性质,不能脱 离物质而存在.
只存在两种电荷——正电荷和负电荷,同种电荷 相斥,异种电荷相吸.
“渐近自由” “夸克禁闭”
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❖ 电荷量子化 (charge quantization )
点电荷：当带电体的几何线度远小于带电体间的 距离时，带电体的形状和电荷的分布对带电体间 的相互作用已无影响，带电体可看作点电荷
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二.库仑定律
1785年,库仑通过扭 称实验得到.
表述为：在真空中,两个静止 点电荷之间的相互作用力大 小,与它们的电荷量的乘积成 正比,与它们之间距离的平方 成反比；作用力的方向沿着 它们的连线,同种电荷相斥, 异种电荷相吸.
第五章 静电场
库仑定律 高斯定理 静电场力的功 电势 静电场中的电介质 静电场的能量
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§5-1 库仑定律
早期，人们通过毛皮与琥珀的摩擦和对自然 界闪电的观察发现了电相互作用现象.对电的定量 研究则始于库仑定律.
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由库仑定律 由场强定义 由上述两式得
F
E
Qq
4π
0
r
F
2
er
q
Q
E 4π0r 2 er
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rq
试验电荷
❖ 点电荷的电场特点：球对称; 以1/r2衰减.
er 从源电荷指向场点,
q
场强方向为正电荷受力方向. r 能等于 0 吗？
er Qr
E
E
E 场强单位是[N/C]。或者叫做[伏特/米]。
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电场强度与源电荷及场点位置有关,试验电 荷在此仅为辅助的工具,与电场的存在与否无关. 电场是矢量场,可用一空间坐标的矢量函数表示
E E r E x, y, z
这样的函数表达了空间中各点的电场强弱及 方向,表达了电场在空间的分布.