静电场的基本规律

验电器
自然界只有两种电荷，负电荷 和正电荷
二、电荷的基本特征
1、电荷之间存在相互作用 满足同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。电荷可 以中和. 2、电荷(量)量子化
物质的电结构
物质由原子组成，原子由原子核和核外电子组 成，原子核又由中子和质子组成。中子不带电，质 子带正电，电子带负电。正常状态下质子数和电子 数相等，原子呈电中性。
物质
分子 原子
原子核
中子 质子(带正电）
电子(带负电）
当物质处于电中性时，质子数＝电子数 当物质的电子过多或过少时，物质就带有电荷
电子过多时——物体带负电 电子过少时——物体带正电
电量的定义： 物体所带过剩电荷的多少叫作电量。 单位：库仑(C)
物体带电的本质是电子的得失 带电体的电量是电子电量的整数倍。
说明： 电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程( 例 如核反应和基本粒子过程 )，是物理学中普遍 的基本定律之一。
电荷之间存在相互作用，满足同种电荷互相排 斥异种电荷互相吸引。
提出一个问题？
电荷之间的引力和斥力由什么因素决定？
如何定量计算电荷之间的相互作用力？
库仑 (Charlse-Augustin de Coulomb 1736 ~1806)
四 掌握用点电荷和叠加原理以及电势的定义式 求解带电系统电势的方法.
自然界一切电磁现象都起源于物质具有 电荷属性，电现象起源于电荷，磁现象起 源于电荷运动，所以“电荷”概念是电磁 学中的第一个重要概念。
人们对于电的认识，最初 来自人工的摩擦起电现象 和自然界的雷电现象。
一、电荷是什么？
1、摩擦起电：
法国物理学家
1773年提出的计算物体上应力和应变分布情 况的方法，是结构工程的理论基础。
1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂 的科学理论。
1785~1789年，用扭秤测量静电力和磁力，导 出著名的库仑定律。
他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得 出摩擦定律。
《电磁学》第一章 静电场
一、 库仑定律
1785年库仑用经改进的电扭秤发现，两 电荷间的电力与它们各自电量的乘积成 正比，与它们之间距离的平方成反比， 作用力的方向沿着这两个点电荷的联线。
F21
q1q2
4 0r221
rˆ21
F12
q1 q2
r21
F21
rˆ21
C
0 = 8.8510-12 C2/N·m2
讨论
F
1
q1q2 rˆ
4 0 r 2
q0所受力: F ?
q1
q2
q0
P
qn
二、电力的叠加原理
实验表明：两个点电荷之间的作用力并不因第三个 点电荷的存在而改变。
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作用力的矢量和
F Fi
i
例题1、两个电量都是+q的点电荷,相距2a,连线的中点为o 今在它们连线的垂直平分线上放另一电荷q’, q’与o点相 距r。(1)求q’所受静电力；
许多物体经过毛皮或丝绸 等摩擦后，都能够吸引轻小 的物体。 表明它们经过摩擦后处于 一种特别的状态。 人们就说它们带了电，或 者说它们有了电荷。
2、两种电荷：
实验表明用毛皮摩擦过的橡胶棒互相排斥，用丝绸摩擦过 的玻璃棒互相排斥。用毛皮摩擦过的橡胶棒与用丝绸摩擦过 的玻璃棒互相吸引。
1747年，美国物理学家富兰克林提出： 用毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷称为负 电荷; 用丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷称为正 电荷.
带电体电量 q=ne, n=1,2,3,...
电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质， 叫作电荷的量子化。电子的电荷e称为基元电荷。
3、电荷是相对论性不变量
Байду номын сангаас
相对论中物质的质量会 随其运动速率而变化
(m m0 1 ( c)2 )
实验证明一切带电体的电量不因其运动而改变， 电荷是相对论性不变量。
三、电荷守恒定律
库仑定律包含同性相斥，异性相吸这一结果。
(a)q1和q2同性，则q1 q2>0,
F
和 rˆ 同向，
方程说明1排斥2
F12
r ˆ
q1 0
q1 0
q2 0 q2 0
F21
斥力
(b)q1和q2异性，则q1 q2<0,
F
方程说明1吸引2
rˆ
F12
F21
和 rˆ 反向，
q1 0
q2 0 引力
q1 0
q2 0
适用条件:(1)点电荷;(2)真空; (3)施力电荷静止,受力电荷静止或运动。
库仑定律适用的线度范围
1015 m r 104 m
F
1
4 0
q1q2 r2
rˆ
F
r
q2
方大向小：：qF1和 q42同10号qr1:q2沿2 rˆ；q1和qq12异号 : 沿 rˆ
如果存在 q1, q2 , q3, .....qn ,
第一章
静电场的基本规律
本章主要内容：研究真空中静电场的基本性质和规律
一个实验规律：库仑定律 叠加原理 两个基本物理量：电场强度、电势 两个基本定理：高斯定理、环路定理
《电磁学》第一章 静电场
第一章 静电场的基本规律 1.1 电荷 1.2 库仑定律 1.3 静电场 1.4 高斯定理 1.5 电场线 1.6 电势
1、两种起电过程 摩擦起电：电荷从一物体转移到另一物体
感应起电：电荷从物体的一部分转移到另一部分
+
+
+ +
+ +
+
+
+
感应电荷
2、电荷守恒定律
表述为：
电荷只能从一物体转移到另一物体，或从物体的 一部分转移到另一部分，电荷既不能被创造，也不 能被消灭
或表述为： 在孤立系统中，不管系统中的电荷如何迁移， 系统的电荷的代数和保持不变。
今在它们连线的垂直平分线上放另一电荷q’, q’与o点相
解：建立坐标 rqq' a2 r 2
y F
F2 q’
F1
F F1 F2 (F1x F2x ) ˆj(F1y F2 y )
q
r o
a a qx
qq 'r
F1y 40 (a2 r 2 )3/2
ˆj
F
2 0
qq (a2
'r r2
)3/2
ˆj
例题1、两个电量都是+q的点电荷,相距2a,连线的中点为o
教学基本要求
一 掌握描述静电场的两个物理量——电场强度 和电势的概念，理解电场强度 E是矢量点函数，而
电势V 则是标量点函数.
二 理解高斯定理及静电场的环路定理是静电场 的两个重要定理，它们表明静电场是有源场和保守场.
三 掌握用点电荷电场强度和叠加原理以及高斯 定理求解带电系统电场强度的方法；并能用电场强度 与电势梯度的关系求解较简单带电系统的电场强度.