大学物理课件1 电场强度 电场叠加原理

E
1 Q e 2 r 4π 0 r
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第９章 电荷与真空中的电场
E
讨论:
1 Q e 2 r 4π 0 r
2. 点电荷系的电场强度
由静电场力叠加原理
F F1 F2 Fn E q0 q0 q0 q0
• 电场强度是点函数 E E (r , t ) 静电场 E E(r )
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读点哲学, 对话于社会; 读点艺术, 对话于自我; 读点物理, 对话于自然 ——施大宁《文化物理》
该实验结论叫做电荷的量子化, 自然界的普遍规律, 最基本的量 子化结论之一. 9.1.2 电荷守恒定律 电绝缘系统(不与外界交换电荷) 中, 电量的代数和保持不变.
单位: 库仑 库 (C) 电子 ( e )
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第９章 电荷与真空中的电场
+

电子对湮灭

重原子核
电子对产生
+
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第９章 电荷与真空中的电场
电磁学
静电场 恒定磁场 变化的电磁场
第9章 电荷与真空中的电场
第９章 电荷与真空中的电场
人体电势为什么如此分布?
曲线意义何在? 有什么规律? 与它带电的多少有关 与物体电荷的分布有关
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第９章 电荷与真空中的电场
第9章 电荷与真空中的电场
§9.1 电荷 库仑定律 物体带电量为基本电荷的整数倍:
麦克斯韦的电磁场统一理论(19世纪中期)
赫兹在实验中证实电磁波的存在, 光是电磁波.
工业技术上的重要意义: 发电机 电动机 无线电技术等.
电磁学是物理学第三次大综合的结果
电磁学研究对象 电磁相互作用及规律 主要特点: 研究对象不再是分离的实物 , 而是连续分 布的场, 用空间函数(如 E , U , B 等)描述.
9.2.2 电场强度
——描述电场强弱及方向性
第９章 电荷与真空中的电场
方向: 正试验电荷的受力方向
单位: N C-1 或 Vm-1 9.2.3 点电荷与点电荷系的 电场强度 1. 点电荷的电场强度 由库仑定律, 试验电荷受力:
场源电荷: 产生电场的点电荷, 点电荷系, 或带电体. 试验电荷: 电量足够小的点电荷. 略去对场源电 荷分布的影响 与场点 对应
第９章 电荷与真空中的电场
场与实物的共性:
1. 都是客观存在; 2. 存在形式也都是多样的; 3. 遵循质量守恒, 能量守恒, 动量 守恒和角动量守恒等规律; 4. 既不能创生, 也不能消灭, 只能 由一种形式转变为另一种形式.
2. 实物不能达到光速, 场以光速传 播; 3. 实物受力产生加速度, 场不能被 加速; 4. 实物具有不可入性, 以间断形式 存在 , 可以当作参考系 ; 场具有 可入性 , 以连续形式存在 , 具有 可叠加性, 不能当作参考系.
E Ex i E y j Ez k
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试验电荷 q0 在电场 P 点所受静电 力 F 与q0电量的比值即为该点的 电场强度, 简称场强: F E 恒矢量 q0 大小: 等于单位试验电荷在该 点所受电场力的大小
1 Qq0 4 π0 r3 F 1 E q0 4π 0
F
r
Q
r
F
Q e 2 r r


2
8.23 10 8 N
FG G
mM 47 3 . 64 10 N 2 r
Fe 2.27 10 39 FG
电场: 存在于电荷周围, 传递电 荷与电荷之间相互作用的一种 特殊物质.
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场的物质性体现在:
1. 对身处其中的带电体有力的作 用, 表明电场具有动量; 2. 电场力可以作功, 表明电场具有 能量.
9.1.3 真空中库仑定律 1. 点电荷: 带电体的直线尺度 (线度)远小于其本身与其他带 电体之间的距离, 且带电体形 状可以忽略时, 该带电体可以 视作带电的“点”, 称作点电 荷,静电学最基本的理想模型.
F
q1q 2 4 π 0 r 2
er
施力电荷指向受力电荷的 er
单位矢量(径向单位矢量).
4 π 0 r 2
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第９章 电荷与真空中的电场
F21 q1
q2
F31
F12
连续带电的物体对附近电荷的 静电力求法: q
0
F1
q3
Q
dQ
r
dF
3. 静电力叠加原理 点电荷系对某点电荷的静电力 等于系内各点电荷单独存在时 对该电荷静电力的矢量和.
Fi F1i F2i FNi
电场与实物的联系: 实物周围存 在相关的场, 场传递实物间的相 互作用, 场和实物可以相互转化. ※现代物理认为场是更基本的 , 粒子是场处于激发态的一种表 现(电子对的产生和湮灭).
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场与实物的区别:
1. 实物质量密度大 (~1000kg/m3), 场质量密度很小 (~10-23kg/m3), 无静止质量;
参考书推荐:
·张三慧, 大学物理(3rd), 清华大学出版社
·马文蔚等, 物理学(5th), 高等教育出版社 ·赵凯华等, 新概念物理学教程系列, 高等教育出版社
·陆果, 基础物理学, 高等教育出版社
·马文蔚等, 物理学(5th)习题分析与解答, 高等教育出版社 ·沈慧君等, 大学物理学习题讨论课指导(2nd), 清华大学出 版社 ·物理与文化, 倪光炯(2nd), 高等教育出版社
在连续带电体上选取微量电 荷 dQ (电荷元) 1 q0 dQ dF r 3 4 π 0 r
F 1 4 π0
作用范围:

目前认为在10-15~ 107m
q0 dQ r 3 Q r
不是积分下限, 表示积分变量 的定义域(取值范围).
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例9-1. 在氢原子中, 电子与质子 的距离约为5.310-11m. 对比它们 之间的静电力和万有引力. 已知: M =1.6710-27 kg G = 6.6710-11 N· m2 · kg-2 m = 9.1110-31 kg
• 均匀电场 : 电场强度在某一区 域内大小, 方向都相同.
• 反映电场本身的性质, 与试验 电荷无关.
F F1 F2 Fn
E1 E2 En

Ei
• 电荷在电场中受力: F qE
• 带电体在电场中受力:
点电荷系电场中某点的场强 等于各点电荷单独存在时在 该点产生场强的矢量和, 这叫 做电场叠加原理. 静电场是空间矢量函数.
平时成绩:
3. 每周第一次物理课前收上一周作业. 选择题和填空题 须简要写出依据; 计算题参照教材例题形式解答.
4. 考勤采取随堂抽查, 无故缺勤一次减1分.
5. 课堂提问与习题讨论课积极参与, 认真回答问题, 可 得1~2分, 平时成绩总分不超过规定最高分. 6. 平时成绩不出现负分.
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9.1.1 电荷的量子化
电荷: 带正电或负电的基本粒 子, 或这种粒子所带的电量. 自然界中存在两种电性相反的 电荷, 一种是正电荷, 另一种是 负电荷. 目前认为电子带电的数值是电 量的最小单位, 叫做基本电荷 或基元电荷. 基本电荷量: e 1.602 10 19 C
q ne n 1,2,3,
e2 解: Fe 4o r 2 1 (1.6 10 19 ) 2 4 8.85 10 12 5.3 10 11
第９章 电荷与真空中的电场
§9.2 电场与电场强度 9.2.1 电场 1. “场”的提出 牛顿: 超距作用 笛卡尔: 靠“以太”传递 法拉第: “场”的概念 (1837) 麦克斯韦: 建立电磁场方程, 定 量描述场的性质和运动规律. 电荷 电场 电荷
F21 q1
e12
F21 q1q 2 e21
q1q2 2. 库仑定律: F K 2 r
1 国际单位制中 K 4 π 0
真空中的介电常数:
q2
e21
F12
F12
q1q 2 e12
0 8.851012 C2 /Nm2
4 π 0 r 2 F21 F12
课程内容
·机械力学 ·热学 ·机械振动与机械波(基于机械力学) ·波动光学 ·电磁学 ·狭义相对论, 量子力学简介
上 学 期 本 学 期
第五篇 电磁学
Baidu Nhomakorabea
库仑定律:
电荷与电荷间的相互作用 (磁极与磁极间的相互作用)
奥斯特发现电流的磁效应, 安培发现电流与电流间的相 互作用规律. 法拉第的电磁感应定律: 电磁一体
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F E dQ

Q
第９章 电荷与真空中的电场
3. 连续带电体的电场强度
dE
r
dq
1 dq r 3 4π 0 r
dl P dq dS dV
E x dE x
dE
建立直角坐标，分解 dE
积分
E y dE y E z dE z
平时成绩:
1. 期末成绩=平时成绩×Q+考试成绩×P. 平时成绩 满分100, Q=20~25%, 考试成绩满分100, P=80~75%. 平时成绩包括作业, 考勤, 习题课, 课堂问答等. 2. 作业成绩分三档, A: 正确率高90-100%, 按时完成, 条理清晰, 书写工整; B: 正确率较高60-90%, 按时完 成; C: 正确率小于60%. 作业如有雷同, 任选其一计 分, 其余雷同者不得分. 未按时交作业可在下次交作 业时补齐, 补交一律按C记录. 不接受期末补交多次 作业. 缺一次作业(包括雷同)平时成绩减1分.