物理学教程 下册 马文蔚

电 荷2
2.场是一种物质形态，它可以脱离源而单独存在．
物 质
第九章 静电场
3．静电场 相对观察者静止的电荷在其周围空间激发的电场， 称为静电场。 静电场的对外表现： (1)对引入电场中的带电体有力的作用。 (2)带电体在电场中移动时，电场力要对带电体做功（能量） (3)电场使导体产生静电感应；使电介质产生极化现象。 二 电场强度 电场强度的定义： 1.试验电荷:电量（ q0 ）、大小足够小，故对原电场几乎无影响 2.电场强度的引入：
第九章 静电场
教学基本要求：
1.了解电荷、电量、电荷守恒定律及其量子化概念。 2.掌握库仑定律。 3.理解静电场及其基本性质。 4.掌握描述静电场的两个基本概念：电场强度及电势，并能理解 场强和电势之间的关系。 5.掌握点电荷电场和电场叠加原理，并能用其计算任意带电体的 电场强度和电势。 6.理解电场线和电场强度通量的概念，并能求简单情况下的电场 强度通量。 7.掌握反映电场性质的基本定理：高斯定理、静电场的环路定理， 并能应用高斯定理求电荷简单对称分布情况下的电场强度。
第九章 静电场
电磁学研究电磁规律的学科 电磁现象：摩擦生电、大自然的雷电、天然磁石的指向 电磁现象的系统研究（十六世纪） 1865年英国物理学家麦克斯韦建立了宏观电磁场理论
9-1 电荷的量子化
电荷守恒定律
一 电荷基本性质 1.物质结构：物质-分子-原子-原子核、电子-夸克、轻子-亚夸克 2.物体的带电. 3. 电荷分正负，同性相斥，异性相吸. q ne (n 1, 2,3) 4. 电荷量子化： 元电荷
9
2 2 1 大小 E E (51.6) ( 21.0) N C 55.71N C
方向
1
F 1 E (51.6i 21.0 j ) N C q
y
arctan
22.1

Ey Ex
o E

q
F
x
第九章 静电场 四 电场强度的叠加原理 点电荷
第九章 静电场 （
0为真空电容率）
12 2 1 2
0 8.8542 10 C N m (SI )
8.85421012 F m1
注意： 1. ２. ３.
r 0, F ，库仑定律仅适用于点电荷。
库仑力遵守牛顿第三定律，牛顿第二定律（低速） 电场力是有心力，可引入电势和电势能的概念。
qi 对 q0 的作用力 1 qi q0 Fi ei 2 4 π 0 ri
q1 q2 q3
r2 q r3 0
r1
F P 3 F 2
F1
由力的叠加原理得 0 所受合力
q
故 q 0 处总电场强度
电场强度的叠加原理
i F Fi E Ei q0 i q0 i qi 1 E Ei e 2 i 4 0 i ri i
Q
q0
r
F
Q：场源电荷 q0：试验电荷
第九章 静电场
1 Qq0 F er 2 4π 0 r F 1 Q （与 q 无关） 0 er 2 q0 4π 0 r F 反映电场本身性质 引入电场强度 E (定义式) q0 单位： N C1; V m1
Q Q
er
r r
第九章 静电场
P
E
E
E
Q
E
Q
真空中，点电荷激发的电场具有球对称性 (非Baidu Nhomakorabea匀场)
(矢量点函数)
E E (r ) E( x, y, z)
第九章 静电场
例 把一个点电荷（ q 6210 C ）放在电 6 场中某点处，该电荷受到的电场力为 F 3.2 10 i 6 1.3 10 j N ，求该电荷所在处的电场强度 . 解
Fe 2.27 1041 Fg
（微观领域中,万有引力比库仑力小得多,可忽略不计.）
第九章 静电场
9-3
一 静电场
电场强度
1.带电体之间的相互作用是通过场来实现的.
电 场 电 荷1 场 实物
相同：都具有能量、动量和质量。 不同：（1）实物物质具有确定的存在空间，场是弥散的； （2）实物物质有不可入性，但运动形态有可叠加性；场本身 和运动形态都有可叠加性。
电场中某点处的电场强度 E等于位于该点处的单位试 验电荷所受的力. q正, F 、E同向 r * E F qE
Q
q0
r
E
q负, F 、E反向
三
F 1 Q E e 2 r q0 4 π 0 r
点电荷的电场强度
1 q1q2 F F 2 4 π 0 r
第九章 静电场 矢量式
F
q1 e q1 e r
r
r
q2
F
r
q2
F
同号 F
异号
F
或
1 q1q2 er F 2 4 π 0 r
r 1 q1q2 er , F r F 3 r 4π 0 r
e 1.60210 C
19
5.电荷的相对论不变性:在相对运动的两惯性系中同一电荷电量相等 二 电荷守恒定律 在孤立系统中,电量的代数和保持不变.
第九章 静电场
9-2 库仑定律
真空中，两个点电荷之间相互作用的规律 一 点电荷模型
（d r）
q1
F
二 库仑定律
q2
r
d
F
在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小 与它们电荷的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比； 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。
第九章 静电场 例 在氢原子内,电子和质子的间距为 5.3 1011 m
求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小.
解：
me 9.110
2
31
kg
e 1.6 1019 C
G 6.67 1011 N m2 kg 2
mp 1.6710
27
kg
1 e 6 Fe 8 . 1 10 N 2 4π 0 r me mp Fg G 2 3.7 10-47 N r