《医用物理教学课件》2014级物理学—静电场
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医用物理学-课件--第五章 静电场
2.导体表面附近的场强与该表面处电荷密度的关系:
E
σ ε0
en
2019/12/17
39
3.电荷在孤立导体表面上的分布规律:
分布是不均匀的，表面凸出的地方电荷面密度较大； 表面平坦的地方电荷面密度较小.
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40
三. 静电屏蔽
1.空腔导体将使空腔内空间不受外电场的影响;
2.接地空腔导体将使外部空间不受空腔内的电场的 影响
一. 能斯特方程
U2U12.3Z RF TlgC C12
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二.细胞静息电位
人体神经细胞膜内外离子浓度. 在人体T=310K时，将数据代入能斯特方程得各 种离子的平衡电位为：
U iNa6.1 5lgC C o i 6.1 5lg 1 14 02 7m 1 V U iK 6.5 1lgC C o i 6.5 1lg 1541 8m 9 V
U iC l 6.5 1lg C C o i 6.5 1lg 140 08m 6 V
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5-4 心电图和心电向量
一. 心电的产生和心电偶
1.心肌细胞的电偶极矩
a. 无刺激时, 对外呈电中性。医学上,静息时的电荷分布称为 膜的极化;
2019/12/17Fra bibliotek28b.细胞受刺激时，膜对离子通透性改变，心肌细胞类似一变化 电偶极子，电偶极矩是变化的，这一过程称为除极；
本章学习要点：
1. 主要内容以此为准； 2. 2. 图片参见课本或参考书； 3. 3. 课本没有的图片不作要求； 4. 本课件只供个人学习用，不外传以免纠纷。
2019/12/17
1
5-1 电场强度和高斯定理
大学医用物理05节静电场课程课件
大学医用物理05节静电场课程
一.电荷的基本性质
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”
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
❖ 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
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
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.
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
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
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
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
2020/12/31
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
一.电荷的基本性质
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”
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
❖ 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
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
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.
由库仑定律 由场强定义 由上述两式得
F
E
4π
0
r
F
2
er
q
Q
E 4π0r 2 er
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
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
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大学医用物理05节静电场课程
2020/12/31
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
静电场ppt课件
性质
电场线始于正电荷，终止于负电荷，不闭合也不 相交。
应用
通过电场线的分布可以直观地了解电场的强弱和 方向，有助于解决实际问题。
04
静电场的物理效应
电场对带电粒子的作用
静电场对带电粒子产生力作用，使带电粒子在电场中受到电场力。 电场力对带电粒子产生加速度，使带电粒子在电场中运动。
带电粒子在电场中运动时，会受到电场力做功，从而改变带电粒子的动能和势能。
静电除尘广泛应用于工业和环保领域，如燃煤电厂、垃圾焚烧厂等。
静电复印
静电复印
利用静电场将墨粉或色粉吸附在纸张上，通过显影、转印、定影等 过程形成图像或文字。
原理
通过充电辊给纸张施加电荷，然后通过墨粉盒施加带相反电荷的墨 粉，在电场力的作用下墨粉被吸附在纸张上形成图像。
应用
静电复印广泛应用于办公、印刷等领域。
电场强度
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。
静电场的性质
方向性
电场线有方向，电场强度 的方向与电场线垂直，并 指向负电荷。
矢量性
电场强度是矢量，具有大 小和方向。
独立性
电场中某点的电场Байду номын сангаас度由 该点附近的电荷独立决定。
静电场的分类
按源分
按边界条件分
静电场可分为孤立导体静电力产生的 静电场和电荷分布产生的静电场。
静电喷涂
静电喷涂
01
利用静电场将涂料微粒吸附在工件表面，通过热固化或交联固
化等过程形成涂层。
原理
02
工件接地后与喷枪电极之间形成高压电场，涂料微粒在电场力
的作用下被吸附在工件表面。
应用
03
静电喷涂广泛应用于汽车、家具、机械等领域，具有涂层均匀、
电场线始于正电荷，终止于负电荷，不闭合也不 相交。
应用
通过电场线的分布可以直观地了解电场的强弱和 方向，有助于解决实际问题。
04
静电场的物理效应
电场对带电粒子的作用
静电场对带电粒子产生力作用，使带电粒子在电场中受到电场力。 电场力对带电粒子产生加速度，使带电粒子在电场中运动。
带电粒子在电场中运动时，会受到电场力做功，从而改变带电粒子的动能和势能。
静电除尘广泛应用于工业和环保领域，如燃煤电厂、垃圾焚烧厂等。
静电复印
静电复印
利用静电场将墨粉或色粉吸附在纸张上，通过显影、转印、定影等 过程形成图像或文字。
原理
通过充电辊给纸张施加电荷，然后通过墨粉盒施加带相反电荷的墨 粉，在电场力的作用下墨粉被吸附在纸张上形成图像。
应用
静电复印广泛应用于办公、印刷等领域。
电场强度
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。
静电场的性质
方向性
电场线有方向，电场强度 的方向与电场线垂直，并 指向负电荷。
矢量性
电场强度是矢量，具有大 小和方向。
独立性
电场中某点的电场Байду номын сангаас度由 该点附近的电荷独立决定。
静电场的分类
按源分
按边界条件分
静电场可分为孤立导体静电力产生的 静电场和电荷分布产生的静电场。
静电喷涂
静电喷涂
01
利用静电场将涂料微粒吸附在工件表面，通过热固化或交联固
化等过程形成涂层。
原理
02
工件接地后与喷枪电极之间形成高压电场，涂料微粒在电场力
的作用下被吸附在工件表面。
应用
03
静电喷涂广泛应用于汽车、家具、机械等领域，具有涂层均匀、
静电场(全课件)
PA R T. 0 1
静电场(全课件)
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CONTENTS
目录
静电场的 简介
电场的基 本概念
静电场的 计算方法
静电场的 实际应用
静电场的 未来发展
PA R T. 0 2
静电场的简介
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静电场的定义
静电场是保守场，即电场力做功与路径无关，只与 初末位置的电势差有关。 静电场是由静止电荷产生的电场，其电场线从正电 荷出发，终止于负电荷或无穷远处。
定义
电场强度是描述电场中电场力性质的物理量， 用矢量表示，单位为牛/库或伏/米。
计算公式
在点电荷产生的电场中，电场强度的大小等 于点电荷的电量与距离的平方的比值，方向 由点电荷指向其周围的电场线。
电场强度的叠加原理
在空间中某一点的电场强度等于各个点电荷 在该点产生的电场强度的矢量和。
电势
电势是描述电场中电势能性质的物 理量，用标量表示，单位为伏特。
电场的基本概念
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电场线
电场线是用来描述电场分布的假想线，其 密度表示电场强度的大小。 描述电场分布 电场线的方向 电场线的切线 电场线的方向与电场强度矢量方向一致， 从正电荷或无穷远指向负电荷或无穷远。 电场线的切线方向表示电场强度的方向， 切线的长度表示电场强度的大小。
电场强度
离子交换 离子交换是一种常用的水处理技术，通过电场的 作用，使带电离子在电场中发生定向迁移，从而 实现离子的交换和去除。
电场在生物医学中的应用
医学成像
01
医学成像技术如X光、CT等利用电场的作用，使不同物质在电
场中的吸收和散射程度不同，从而实现医学成像。
电刺激细胞
静电场(全课件)
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CONTENTS
目录
静电场的 简介
电场的基 本概念
静电场的 计算方法
静电场的 实际应用
静电场的 未来发展
PA R T. 0 2
静电场的简介
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静电场的定义
静电场是保守场，即电场力做功与路径无关，只与 初末位置的电势差有关。 静电场是由静止电荷产生的电场，其电场线从正电 荷出发，终止于负电荷或无穷远处。
定义
电场强度是描述电场中电场力性质的物理量， 用矢量表示，单位为牛/库或伏/米。
计算公式
在点电荷产生的电场中，电场强度的大小等 于点电荷的电量与距离的平方的比值，方向 由点电荷指向其周围的电场线。
电场强度的叠加原理
在空间中某一点的电场强度等于各个点电荷 在该点产生的电场强度的矢量和。
电势
电势是描述电场中电势能性质的物 理量，用标量表示，单位为伏特。
电场的基本概念
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电场线
电场线是用来描述电场分布的假想线，其 密度表示电场强度的大小。 描述电场分布 电场线的方向 电场线的切线 电场线的方向与电场强度矢量方向一致， 从正电荷或无穷远指向负电荷或无穷远。 电场线的切线方向表示电场强度的方向， 切线的长度表示电场强度的大小。
电场强度
离子交换 离子交换是一种常用的水处理技术，通过电场的 作用，使带电离子在电场中发生定向迁移，从而 实现离子的交换和去除。
电场在生物医学中的应用
医学成像
01
医学成像技术如X光、CT等利用电场的作用，使不同物质在电
场中的吸收和散射程度不同，从而实现医学成像。
电刺激细胞
05节静电场
❖ 两条电场线不会相交;
❖ 静电场的电场线不会形成闭合曲线.
这些基本性质由静电场的基本性质和场的单值 性决定的.
20 2020年8月3日星期一
医用物理学
第五章 静电场
（二）电通量 (electric flux)
借助电场线认识电通量
按前面对电场线的规定,电通量可定义为通过任
一面的电场线条数.
rr
❖ 通过任意面积元的电通量 d E dS
医用物理学
第五章 静电场
一.电荷的基本性质
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.
3 2020年8月3日星期一
医用物理学
第五章 静电场
❖ 电荷量子化
1906 -1917 年 , 密立根 用 液
滴法首先在实验上证明了电荷量的
8 2020年8月3日星期一
医用物理学
第五章 静电场
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。
电荷
电场
电荷
场源电荷 建立电场的电荷
静电场 与观察者相对静止的场源电荷所产生的电场
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。
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.
❖ 静电场的电场线不会形成闭合曲线.
这些基本性质由静电场的基本性质和场的单值 性决定的.
20 2020年8月3日星期一
医用物理学
第五章 静电场
（二）电通量 (electric flux)
借助电场线认识电通量
按前面对电场线的规定,电通量可定义为通过任
一面的电场线条数.
rr
❖ 通过任意面积元的电通量 d E dS
医用物理学
第五章 静电场
一.电荷的基本性质
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.
3 2020年8月3日星期一
医用物理学
第五章 静电场
❖ 电荷量子化
1906 -1917 年 , 密立根 用 液
滴法首先在实验上证明了电荷量的
8 2020年8月3日星期一
医用物理学
第五章 静电场
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。
电荷
电场
电荷
场源电荷 建立电场的电荷
静电场 与观察者相对静止的场源电荷所产生的电场
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。
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.
医学物理学静电场课件
目 录•引言•静电场的基本原理•静电场的数学模型•静电场的实验研究•静电场在医学中的应用•结论与展望引言010203静电场的定义静电场是由静止电荷在其周围空间产生的电场静电场的性质静电场具有传递电荷之间相互作用力的性质静电场的描述静电场可以用电场强度、电势等物理量进行描述静电场的基本概念静电场可以描述电荷在空间中的分布情况电荷分布电场力电势能静电场可以产生电场力，对放入其中的电荷产生作用力静电场中的电荷具有电势能，可以互相转化030201静电场的物理意义静电场可以用于电子工程中，例如半导体器件的制作和测试电子工程静电场可以用于医学工程中，例如人工关节的制作和测试医学工程静电场可以用于材料科学中，例如高分子材料的合成和加工材料科学静电场的应用领域静电场的基本原理物体带电的本质是电荷，分为正电荷和负电荷。
电荷电荷周围存在电场，电场是一种特殊形态的物质，看不见摸不着，但却是客观存在的。
电场同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
电荷间的相互作用电荷与电场穿过一封闭曲面的电通量与封闭曲面所包围的电荷量成正比。
高斯定理定义揭示了电场分布的规律，电场线从正电荷发出，终止于负电荷，任意两个等势面之间的电势差为零。
高斯定理的意义高斯定理电势描述电场能的性质，与电场强度存在关系。
电场强度与电势的关系在静电场中，电势与电场强度没有直接关系，但可以通过电场线来判断电势的高低。
电场强度描述电场强弱的物理量，与放入电场的试探电荷所受的电场力成正比。
电场强度与电势的关系容纳电荷的器件，表示储存电荷能力的物理量。
储存磁场能量的器件，表示储存磁场能量的物理量。
电容与电感的定义电感电容静电场的数学模型电势的求解通过偏微分方程求解电势，并分析电势与静电场分布之间的关系。
静电场的分布利用偏微分方程描述静电场的分布情况。
边界条件的应用将边界条件应用于偏微分方程的求解，以确定静电场的分布。
偏微分方程在静电场中的应用从静电场的偏微分方程中推导出边界条件。
医学物理学静电场课件
静电场在神经科学和心血管疾病治疗中的应用
探索静电场在神经科学和心血管疾病治疗中的应用，为临床治疗提供新的解决方案。
THANKS.
。
03
静电场与生物分子相互作用的研究
研究静电场与生物分子之间的相互作用，揭示其在细胞信号转导、药物
传递等方面的作用机制。
静电场在医学治疗中的前景展望
静电场在肿瘤治疗中的潜力
利用静电场对肿瘤进行治疗，具有创伤小、副作用少等优势，具有广阔的应用前景。
静电场在疼痛缓解和康复治疗中的应用
研究静电场对疼痛缓解和康复治疗的作用，拓展其在临床治疗中的应用范围。
静电场的计算方法
03
微分方程法
定义静电场的电位函数 使用初值条件和边界条件求解微分方程
建立电位函数的微分方程 得到电位分布和电场分布
分离变量法
将电位函数分解为径 向和角向的函数
将结果组合得到电位 分布和电场分布
分别求解径向和角向 的方程
镜像法
在镜像平面上建立电位函数 得到电位分布和电场分布
将边界条件转化为镜像条件 根据镜像条件求解电位函数在物空间的变化
Байду номын сангаас
电刺激治疗
02
利用静电场刺激肌肉或神经，治疗肌肉萎缩或神经损伤。
肿瘤治疗
03
利用静电场破坏肿瘤细胞，抑制肿瘤生长，提高放疗和化疗效
果。
静电场在生物医学研究中的意义
细胞生物学
静电场可以模拟生物体内的生理环境，用于研究细胞结构和功能 。
神经科学
静电场可以用于研究神经元的传导和行为，揭示神经性疾病的机制 。
生物组织的电学特性
细胞膜电位
细胞膜是生物体内重要的结构，其电学特性对于理解生物体内的电现象至关重要 。细胞膜具有电位差，这种电位差对于细胞的生理功能和疾病诊断具有重要意义 。
探索静电场在神经科学和心血管疾病治疗中的应用，为临床治疗提供新的解决方案。
THANKS.
。
03
静电场与生物分子相互作用的研究
研究静电场与生物分子之间的相互作用，揭示其在细胞信号转导、药物
传递等方面的作用机制。
静电场在医学治疗中的前景展望
静电场在肿瘤治疗中的潜力
利用静电场对肿瘤进行治疗，具有创伤小、副作用少等优势，具有广阔的应用前景。
静电场在疼痛缓解和康复治疗中的应用
研究静电场对疼痛缓解和康复治疗的作用，拓展其在临床治疗中的应用范围。
静电场的计算方法
03
微分方程法
定义静电场的电位函数 使用初值条件和边界条件求解微分方程
建立电位函数的微分方程 得到电位分布和电场分布
分离变量法
将电位函数分解为径 向和角向的函数
将结果组合得到电位 分布和电场分布
分别求解径向和角向 的方程
镜像法
在镜像平面上建立电位函数 得到电位分布和电场分布
将边界条件转化为镜像条件 根据镜像条件求解电位函数在物空间的变化
Байду номын сангаас
电刺激治疗
02
利用静电场刺激肌肉或神经，治疗肌肉萎缩或神经损伤。
肿瘤治疗
03
利用静电场破坏肿瘤细胞，抑制肿瘤生长，提高放疗和化疗效
果。
静电场在生物医学研究中的意义
细胞生物学
静电场可以模拟生物体内的生理环境，用于研究细胞结构和功能 。
神经科学
静电场可以用于研究神经元的传导和行为，揭示神经性疾病的机制 。
生物组织的电学特性
细胞膜电位
细胞膜是生物体内重要的结构，其电学特性对于理解生物体内的电现象至关重要 。细胞膜具有电位差，这种电位差对于细胞的生理功能和疾病诊断具有重要意义 。
医学物理学静电场课件
电子束探针法
利用电子束打到样品表面 产生散射电子的分布情况 来推算电场分布。
光学法
利用光的偏振、干涉等特 性来测量电场分布。
静电场对生物体作用的研究方法
细胞培养法
将细胞放在静电场中培养 ，观察细胞生长、分化、 凋亡等变化。
动物实验法
将动物置于静电场中，观 察其生理、生化、免疫等 方面的变化。
数学模型法
静电场在药物传递和基因治疗中的应用
利用静电场对药物进行定向传递和基因治疗，能够提高治疗效果、减少副作用，具有很大的应用潜力。
静电场对未来医学发展的影响
促进医学影像技术的发展
静电场在医学影像技术方面的应用，将进一步促进医学影像 技术的发展，提高医疗水平。
为医学治疗提供新思路
静电场在药物传递和基因治疗方面的应用，将为医学治疗提 供新的思路和方法，有望解决当前医学治疗中的难题。
在操作静电场相关设 备时，应佩戴必要的 防静电装备；
操作人员应避免穿化 纤类服装，以防产生 静电；
在操作静电场相关设 备时，应保持室内湿 度适宜，避免过于干 燥的环境；
禁止在静电场内使用 金属工具或带有金属 件的工作服等物品。
05
医学物理学静电场的研究前景和发展趋 势
静电场在医学领域的发展趋势
静电场在医学影像领域的应用
通过建立数学模型来预测 静电场对生物体的作用， 节省实验资源。
04
医学物理学静电场的安全防护措施
静电放电的危害与防护
静电放电的危害
静电放电过程中会产生电脉冲，形成电磁场，影响人体健康 ，严重时可导致电击、火灾等事故。
静电放电的防护
在静电放电过程中，应穿戴防静电工作服、防静电鞋等防护 用品，同时使用防静电垫、防静电袋等防护设备。
第五章静电场——医学物理学
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2019/9/19
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3
静电场----相对于观察者静止的电荷产生的电场 稳恒电场---不随时间改变的电荷分布产生不随时间
改变的电场 两个物理量： 场强、电势； 一个实验规律：库仑定律； 两个定理： 高斯定理、环流定理
电荷守恒定律： 在一个孤立系统内发生的过程中， 正负电荷的代数和保持不变。
电荷的量子化效应：Q=Ne e1.60 121 0C 9
点电荷:带电体的线度和形状可忽略时,可将带电体 视为点电荷.
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6
一对等量正点电荷的电力线
+
+
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设真空中有n个点电荷q1,q2,…qn，则P点场强 EEi
i
场强在坐标轴上的投影
E x E i,xE y E i,y E z E iz
i
i
i
E E x i E yj E zk
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15
3、连续带电体的电场
已知： q 、a 、 x。
dq dl
dq
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q dl 2a
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4 0r 2
a
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p d E//
x
x
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17
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法国工程师、物理学家
电学发展史上的第一个定量规 律，它使电学的研究从定性进 入定量阶段，是电学史中的一 块重要的里程碑。
医用物理学
第五章 静电场
一片伏系、打列锌电按片池同和—样用顺盐—序水叠浸起泡来过的的银硬 纸第板一组个成直的流柱体电，源叫做伏打电
堆
意大利物理学家
1800年，伏打根据他自己的观 点，制成了伏打电池。得到了 拿破仑授予的一枚金质奖章。
医用物理学
第五章 静电场
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 ▪ 心电知识
医用物理学
第五章 静电场
电磁学的发展
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.
医用物理学
第五章 静电场
1.电场的基本性质
❖ 对放其内的任何电荷都有作用力 ❖ 电场力对移动电荷做功（具有能量） ❖ 变化的电场以光速在空间传播（具有动量）
电场具有动量、能量，体现了它的物质性.
医用物理学
第五章 静电场
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
二、电场强度
(electric
field
电荷量充分地小
intensi线ty度) 足够地小
一空间带电体,电荷量为Q,考察
P点的场强, 引入一试验电荷q放 到P处,测量试验电荷受力状况.
Q
P点处试验电荷受力为
F
实验表明：F 与试验电荷无关
q
P
q
F
医用物理学
第五章 静电场
电场强度定义为
r E
r F
q
电场强度的大小等于单
位正电荷在电场中所受 的力，方向与力同
E
S
edS 4 0r 2
rˆ
线电荷分布的
带电体的场强
E
l
edl 4 0r
2
rˆ
注意：电荷密度是带电体内电荷的分布函数, 不一定是常量.
医用物理学
第五章 静电场
电场线 用一族空间曲线形象描述场强分布,通常把这些 曲线称为电场线(electric field line)或电力线
b
a
规定
场强方向：电场线 上每点的切线方向. 场强大小：通过垂直于该点场强方向的单位面 积的电场线数目.
奠定了电磁学基础，导 致电动机、发电机的出现
10年。空间想象力、提出场的概念
医用物理学
第五章 静电场
麦克斯韦建立电磁场理论， 完成了人类关于自然知识的 又一次综合，形成经典电磁 场理论的完整体系。(1864)
预言电磁波的存在 光也是一种电磁波 揭示了光、电、磁现象 的本质的统一性
麦克斯韦 英国物理学家
5.电荷守恒定律 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.
医用物理学
二.库仑定律
第五章 静电场
医用物理学
第五章 静电场
在国际单位制中, k 写成 k 1
4π 0
0 8.8510-12 C2 ·N-1 ·m-2 ,
为真空电容率,或真空介电常数.
P点的电场强度：uEuuAr
uur E1
uur E2
uur E3
uur E4
L
i
Ei
Fi
i
q0
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第五章 静电场
带电体电荷的分布：电荷密度
体电荷密度 dq
dV
面电荷密度 dq
dS
线电荷密度 dq
dl
体电荷分布的
带电体的场强
E
V
edV 4 0r2
rˆ
面电荷分布的
带电体的场强
F
Q
q
由上述两式得
Q
E 4π0r 2 er
医用物理学
第五章 静电场
❖ 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.
er Qr
r 能等于 0 吗
E
E
+
r
r
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第五章 静电场
2. 点电荷系的电场强度 若有多个点电荷共同激发电场
场强叠加原理： 点电荷系在空间 某一点产生的电 场强度，等于各 个点电荷单独存 在时产生电场强 度的矢量和。
医用物理学 德国物理学家
第五章 静电场
电路中，电流强度随电 池数目的增多而增大， 这中间到底存在什么规 律呢
将导体中的电流与热传导类 比，引入电流、电阻概念， 实验得到
欧姆定律
I U R
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第五章 静电场
奥 斯 特
丹麦物理学家
法 拉 第
英国物理学家
电和磁本质相同吗
奥斯特—动电生磁
3个月
法拉第—变磁生电
静电力叠加原理
F
点电荷系对某电荷q的作用为
qi
F2 q
F1
q ri
F
i
Fi
q
4π0
i
qi ri2
ei
q1
r1 r2 q2
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第五章 静电场
§5-2 电场和电场强度
法拉第提出近距作用,并提出力线和场的概念.
一、电场 (electric field)
电荷在其周围产生电场, 对存在于该电场内的其 他电荷施加作用.
医用物理学
天电与摩擦电性质完全
相同！ 统一了天电与地电；发
现尖端放电；发明避雷针 ；建立了正电、负电、充 电、放电等概念。
1752年7月，雷电实验
1988、1996
医用物理学
第五章 静电场
▪ 但是为探索雷电，全世界的不少人付出了沉重的代价
医用物理学
第五章 静电场
库仑定律
f K q1q2 r2
1785年 类比、猜 测:电荷间的作用 力应符合平方反 比定律 实验验证
1887年赫兹实验验证电磁波的存在
“牛顿以后世界上最伟大的数学物理学家”。
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第五章 静电场
赫兹验证了电磁波的存在(1887)
赫兹 德国物理学家
无线电报(1901)——广播 (1906)——电话(1916)—— 传真(1923)——电视 (1929)——微波(1933)—— 雷达(1935)——卫星通讯— —电子计算机因特网等都与 电磁波理论相关。
矢量 单位 N/C 或V/m
电场强度是描述场中各点电场强弱的物理量.
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.
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第五章 静电场
三、电场强度的计算
1.点电荷的场强公式Q指向p点 Nhomakorabea由库仑定律
F
4π 0 r
2
er
的单位矢量
rr
r F
p
由场强定义
E
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§5-1 库仑定律
一.电荷的基本性质 1.不能脱离物质而存在
电荷是构成物质的 基本粒子的一种性质
2.只存在两种电荷 同性相斥,异性相吸.
3.电荷量子化 元电荷 e 1.60210-19C 微小粒子带电荷量 Q = N e
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4.电荷的相对论不变性 带电粒子的电荷量不因运动状态的变化而变化.