基础物理学课件

在头脑中建立”按照什么样的力来运动的呢?” 这样的想象, 如同打开电磁学的大门.
三.电场强度的计算
1.点电荷的电场
2.场强叠加原理和点电荷系的电场 ①.两个异号点电荷:电偶极子 ②.多个点电荷分布
3.连续分布电荷的电场
1. 点电荷的场强
E 由库仑定律和电场强度定义:
p ×场点
r
E
q
4 or2
er
·
q “源”点电荷 （相对观测者静止）
点电 E分 荷布特 E 点 r12e： r
#7 画出场强分布来? 球面是场强等模面, 球对称分布 球对称分布= ？
2.电场强度叠加原理和点电荷系的场强
n
F F 1 F 2 F n F i
Fi
i1
qi 对 q0 的作用
Fi
F2
场点 q0
E
F
E
MpE
#8 一般情况下, 电偶极子在空间某位置激发的电场强度?
例3. 三个点电荷所带的电荷量分别为q1= -86C,
q2=50 C, q3=65 C。各电荷间的距离如图所示。求(1)
作用在q3上合力的大小和方向。(2) 求P点电场强度.
q3
P
0.3m
0.6m
●
θr
q2
0.52m
q1
解: q1在P点所激发的场强为#1 q2在P点所激发的场强为#2 q3在P点所激发的场强为#3
§17.2 电场和电场强度 电场线和电通量
一. 电场
超距作用
作用
电荷1
电荷2
{ 电相互作用
两种观点 电场 电荷1
作用 电场1 电荷2
电场2
静电场：相对于观察者静止的电荷
雷电
在周围空间激发的电场。
二. 电场强度
{ 点电荷(尺寸小)
• 试验电荷q0及条件
q0足够小,对待测电场影响小
• 定义电场强度
E
a r’ θ 2 O x dx B
E L d E 1 2 40 a 2 s2 i( n sa 2 i)n d (ci o ss i j) n
E 40a 12d(coi ssin j)
4 0a
(sin2
s
in1)i
P
4 0a
(cos2
cos1)j
1
a
2
A
B
这两个质子之间的核力: 1.13106N
质子之间能结合在一起构成原子核, 是由于核内除 了有静电斥力外, 还存在更强大的引力 ─ 核力的缘故。
在相同条件下： 强相互作用>>电磁相互作用>>万有引力作用。
例3. 三个点电荷所带的电荷量分别为q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各电荷间的距离如图所示。求作 用在q3上合力的大小和方向。
q2
F0 F0i
q1
r02
i
r01
i
q0qi
40r0i2
eoi
q0
F1 F2
F0
#4 q1, q2, 有库伦定律, 存在q3或 以至于无穷多个, 如何?
例1. 按量子理论，在氢原子中，核外电子快速地 运动着，并以一定的概率出现在原子核(质子)的周围
各处，在基态下，电子在半径ｒ＝5.29nm的球面附近
(rl)2
2 2
p 4qeq rol ， r12l [： 1( q rl) (1 q rl,)]p称4为2q电olr 偶3 极 矩42
p or
3
③电偶极子中垂面上的电场
方向?
pql qell
E E
1
4 0
q (r2 l2 /4)
E2Ecos
1
q
2
4
0
(r2
l2
/4)
l/2 (r2 l2 / 4)1/2
基 础 物 理 学 BII
教材: ▲《基础物理学》下册，(§17-25 )
课程相关信息
• 平时成绩: 点名(#); 作业(1次/周); 随堂测验(#)
小论文：物理教学演示工具制作策划书(#)
• 总评成绩: 平时成绩40%, 期末考试60%.
• 答疑时间: 周二课前后, 本教室 •网上交流区: bb.bnu.edu,
原子核结构: 在夸克模型中, 夸克带分数电荷,
up quark down quark strange quark
2e
1e
1e
3
3
3
没# 带能电找,到电自荷由量夸?克更, 小但点是?超导铌球上发现分数电荷
四. 库仑定律
1. 点电荷(理想模型)
q1
简化为点电荷的条件:
d
两个点电荷之间:
F12
q•1
电气材料: 起电物质 vs. 非起电物质.
# 自然界的电现象: 质子带有的 + 与电子带有的-引起的.
摩擦起电系列(+-): 毛皮, 橡胶; 玻璃, 丝绸; 塑料, 头发
电导气体:材电料荷: 能起够电从物产质生v的s. 非地起方电迅物速质转.移或传导到其它 部分 的物体.
绝缘体: 电荷几乎只能停留在产生的地方 的那种物体. 金属、石墨、电解液(酸、碱、盐类的水溶液) 、
人体、地(球) 、电离了的气体都是导体. 玻璃、丝绸、 橡胶、琥珀、松香、硫磺、瓷器、油类、未电离的气 体等都是绝缘体. 半导体(#): 介于两者之间…
二. 电荷守恒定律(宏观尺度和微观尺度都成立)
在没有电荷进出的一个封闭空间内, 正、负 电荷的总量始终是相等的。
29328U23940T h42He e e 2 (pair annihilation) n pee 有电荷就有质量, 静质量为零的粒子必为电中性.
库仑
• 施力电荷对观测者静止(受力电荷可运动)
②有理化：引入常量
0—真空介电常数,
令k
1
4 0
,
有 o4 1k8.8 5 1 0 1C 22/N m 2
则：
F 214q1q0r2221er2
1F12
五.叠加原理
实验发现:两个以上的点电荷对一个点电荷
的作用力等于各个点电荷单独存在时对该点电
荷的作用力的矢量和.
★质子和电子都是带电荷的实体, 具有质量 m e 9 .1 1 1 3 0 k 1 ,g m p 1 .6 1 7 2 0 k 7 1 gm 8 e 3
三. 电荷量子化
qnen 1 , 2 , 3 ,
• e =1.60210-19库仑，电子电量
• 宏观带电体的带电量qe，准连续
密立根
那么, e是否是最基本的呢? 见§27, §28
从-q指向+q
E
p
E
4
P
0r
3
E
r
1
ql
40
(r2l2/4)3/2
q
+ q
l/2 l/2
③电用矢偶量极形子式中表垂示面为上：E 的 电 场410(r2lp 2/4 )3/2
若 r >> l,
E
1
4 0
p r3
电偶极子在电场中所受的力矩
MflsinqEslin
+f l
pEsin
f
#F 53 . 基本F 3 思 1 路F ?32
i 0.502.m52m q1 x
例3. 三个点电荷所带的电荷量分别为q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各电荷间的距离如图所示。求作 用在q3上合力的大小和方向。
解:选用如图所示的直角坐标系。
Fv3按库仑定律分F 3 别 1 计4 算q1q 0 qr 3 3 12和e 1rq3,21对e 电r31 荷 q0 30 .的.5 6作i 2 用0 0 力..6 3 j
§17.1 电荷守恒定律 库仑定律 叠加原理 §17.2 电场和电场强度 电场线和电通量
电荷守恒定律 库仑定律 叠加原理
一. 电荷 电气材料
电荷: 经过摩擦的物质上所出现的东西, 其呈现电荷 的状态为带电. 两种电荷：正电荷+和负电荷 -
电性力：同号相斥、异号相吸 电荷量：物体带电的多少
m, μ, n, p, f; vs. k, M, G, T, A.
解:选用如图所示的直角坐标系。
y 按库仑定律分别计算q1和q2对电荷q3的作用力
F32 F31
F3
F 3 14q1q 0r 33 2e 1r3,1
0.5 20.3
er3
i j 1 0.6 0.6
q3
0.3m j
q2
F31
0.6m0.6m F 324q2q0r3322er32,
er32j
θθ
0
应用万有引力定律, 电子和质子之间的万有引力为
FGmr1m 22 6.6 710119.1 (101.50321191.601 7)021027N3.6 31047N
由此得静电力与万有引力的比值为 Fe/Fg2.261039
原子中: 电子和质子之间的静电力>>万有引力。 由此,在处理电子和质子之间的相互作用时,只需考虑 静电力,万有引力可以略去不计.
B-20190-JCWLBII-ZY: 基础物理BII
内容区: 课程文档--课件, 测验: 成绩中心 课程工具: 职员信息和讨论板
•教师信箱: yingzhangbnuyahoo
电磁学
▲ 研究电磁现象 的基本概念和基本规律：
• 源场; 电, 磁, E VS M, 效应发光放热
• 观点：电磁作用是“场”的作用（近距作用）
F1F2Fn
q0
q0
q2
F1 qi
E 1E 2 E n
q1
电场强度叠加原理 E Ei
①电偶极子 一对靠得很近的等量异号的点电荷.
P’ 相对的概念，物理模型(如有极分子)
·· l
-q o×+q
r >> l
rቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
E-
P
×
E+
E
②电E 偶极E 子E 轴线4上1场o[强(rqerl)2
qer ]
• 通常在实验室里, 利用摩擦起电使物体能获得的 电荷量10-7C数量级, 若相距1m, 静电力为10-2 N 若相距0.1m, 静电力仅为1N的数量级.
• 我们利用通常的起电方法不可能使一个有限大
(例如半径为1m的球体)的物体的带电量达到1C,
因为早在电荷量聚集到此值前,周围的绝缘体已 被击穿(#),物体上的电荷早已漏掉。通常遇到的 静电力还是很小的,只能吸引轻小物品.
F
FA
q0
Aq0
电场中某点的电场强度等 于单位正电荷在该点所受的 电场力。
B
q0
FB
#7 郭晶晶起跳F 后e (r0q ,vE 0), 其v 质.心s F 运g动 m (位g 置变动)决定于#?
头脑中想象: 一个质量很小的带电质点(正或负电 荷)处于没有重力的空间中, 运动(位置变动), ……
• 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
（特殊）
归纳 综合的普遍规律
假设
（一般）
▲ 电磁学的教学内容§17-23:
• 静电学（真空、介质、导体）; • 稳恒电流
• 静磁学（真空, 介质）
• 电磁感应 ;
• 电磁场与电磁波
真空中静电场的场强
静电场 — 相对观测者静止的电荷产生的电场
根据场强叠加原理，P点的总场强为#4
# 任给若干点电荷, 它们在周围真空中激发的电场强度?
3. 连续带电体的场强
将带电体分割成无限多块无限小的带电体
dE P
EdE
q
dqer
4or2
r
体电荷 dq = dV
：体电荷密度
面电荷 dq =dS
：面电荷密度
q
dq 线电荷 dq = dl
# 有了叠加原理, 微元法
出现的概率最大. 计算基态下, 氢原子内电子和质子 之间的静电力和万有引力, 并比较两者的大小.引力常
数为G=6.67×10-11N﹒m2/kg2．
解: 按库仑定律计算,电子和质子之间的静电力为
F
1
4
e2 r2
＝ 8.8 919001..562 0191 0 0119022N＝ 8.221 08N
r21
r
观察点
P
d<< r
• er21
q2
F21
2.库仑定律
F 21kqr12q212
er2
1F12
SI: q —库仑(C)，F—牛顿(N)，r —米(m)
3.实验定出： k = 8.9898010 9 N·m2/C2
4.库仑定律的说明：
①库仑定律适用的条件：
• 点电荷—理想模型
• 真空中
真空中的静电场
在原子结合成分子,原子或分子组成液体或固体时, 它们的结合力在本质上也都属于电性力.
例2 氦原子核中的两个质子相距4.0×10-15m, 求 这两个质子之间的静电力.
解:两个质子之间的静电力是斥力,它的大小为
F pp410q r 1q 229.0 190 ((1 4 ..6 0 1 1 1 1 0 0 ))9 5 2 214N
q3 0.3m
0.6m
F 324q2q0r3322er32,
er32j
θ
q2
0.52m
q1
#F 53 . 基本F 3 思 1 路F ?32
(1i22 05 j)N 5
#6 天花板置正电极, 你持等量负电荷, 平地飞升的Q？
六. 讨论库伦相互作用的大小
• 两个各带电荷量为1C 的带电体,当它们相距1m时, 作用力达9.0×109 N.
：线电荷密度
例4.直线AB均匀带电, 电荷线密度为λ. P点到 AB
的距离为a,AP和 BP与直线夹角θ1 和θ2 . 求P点场强?
解：建立Oxy系如图,原点O为P到直线的垂足
取线元dx, 带电 dqdx
dE
1
a 4 0
rd'2xaer'
y
dE
r' , x
P
sin tg()
d且 x e dr ' ( a c scio o n i ) s s s sia i2 n j n d A 1