高中物理竞赛课件第八章静电场

a、给电场中的带电体施以力的作用。 b、变化的电场以光速在空间传播,具有动量。 c、当带电体在电场中移动时，电场力作功。电场具有能量。
(2)特殊性的体现：不是由分子,原子组成,具有叠加性.
16
四、电场强度
1.检验某处有无电场的方法:
将试验电荷q0放置该处,判断其受力情况。q0
q0
（1）将同一q0放置在电场的不同处
解题步骤：
2
1.建立坐标，选电荷元 dq dy 2. 确定 d E 的方向和大小
dy
r
p dEx 1
dq dE 4 0 r 2
Q
q · q · b· F
0
l0
a
Fa
受力大小不同——电场有强弱 受力方向不同——电场有方向
0
b
（2）将不同的q0放置在电场的同一处，q0受力大小与其所 带电量成正比。
F ～电场 q0
17
F 2.电场强度的定义: E q0
电场中任一点的电场强度，在数值和方向上等于静止 于该点的单位正电荷所受的力。
即： n 个点电荷产生的电场中某点的电场强度等于 各点电荷单独存在时在该点产生的电场强度的矢量 和。
19
4.电场强度的计算
(1)点电荷的场强：
F
qq0 r 2 0 4 0 r F 1 q E r 2 0 q0 4 0 r 1
(2)点电荷系 的场强：
r
q
O 场源
dq
Q
r
dV
2
.
P
4 0 r
r0
dE
Q:
E dE
E x dE x E z dE z
E y dE y
E Ex E y Ez
2
2
2
先微分后积分，先分解后合成
22
[ 例8-3 ] 求一均匀带电直线在 P点的场强。 y 已知： a、 λ、 θ1、 θ2
F12 F21
r q1 0
q2
国际单位制 (SI) 中 k ≈ 9×109 N· m2/C2 国际单位制 (SI) 中常用形式
q1q2 F12 k 2 r0 r12
k
1 4 0
0 8.8510-12 C2 /(N m 2 )
q1q2 F21 k 2 (-r0 ) r12
p
E
q0 试探电荷
E3
r1
q1
q2
p
r2
q3
E2 E1
r3
n E Ei
i 1
qi r 2 i0 4 0 i 1 ri 1
n
20
（3）连续带电体的电场 连续带电体可视为是电荷元（dq）的集合 三种带电形式： 线电荷 dq =λ dl 面电荷 d q = σ ds 体电荷 d q = ρ dV
Fg G
me mp r
2
2
3.7 10-47 N
1 e -6 Fe 8 . 1 10 N 2 4 0 r
Fe 2.27 1039 Fg
14
2、静电力的叠加原理 ： 实验证明：每个点电荷所受的总静电力等于其他点 电荷单独存在时作用于该点电荷的静电力的矢量和。
n n 1 qiq0 ˆ F Fi 0 r i0 2 q2 i i 40 ri 0
1
3
ELECTROMAGNETICS
4
发现希格斯粒子
大型强子对撞机 Large Hadron Collider (LHC)
希格斯
8
标准模型
* 四种基本相互作用 1.强相互作用 2.电磁相互作用
相对强弱 强相互作用的强度 = 1 电磁相互作用≈10-2 弱相互作用≈10-5 引力相互作用≈10-38
——真空介电常量（或真空电容率）
13
关于库仑定律的几点说明： • 库仑定理中的电荷相对观察者都处于静止状态。 • 有效范围
r 10-17 ~ 107 (m)
• 符合作用力和反作用力的规律 • 微观领域中万有引力比库仑力小得多,可忽略不计 例：比较氢原子内电子和质子间库仑力和万有引力
(r ~ 5.3 10-11 m, me 9.110-31 kg, mp 1.6710-27 kg)
dl
电荷的线密度
lim
l0
ds
电荷的面密度
lim
S 0
dV
电荷的体密度
lim
V 0
q dq l dl
q dq S dS
q dq V dV
21
dq :
dE
dq r 2 0 4 0 r
1
1 dl r 2 0 4 0 r 1 dS r0 2 4 0 r 1
3.弱相互作用
4.引力相互作用
10
电磁学的发展：
1785年：库仑定律
高斯定理
1820年：奥斯特实验 毕奥-萨伐尔定律 安培环路定理
静电场的理论
稳恒电流磁场的理论
1831年：法拉第电磁感应定律—— 揭示了电与磁的联系
1865年：麦克斯韦——宏观的电磁场理论
11
第八章 静电场
§8-1 电相互作用
一、电荷的基本属性：
• 两种电荷：正电荷、负电荷，同号相斥、异号相吸
• 电荷量子化 Q = ne
e =1.6010-19 (C) e 2 20世纪60年代：夸克理论： 或 e 3 3 • 电荷守恒定律
在一封闭的系统中，正负电荷的代数和在任何 物理过程中始终保持不变。
12
二、库仑定律和静电力的叠加原理
1、库仑定律：在真空中两个静止点电荷之间的作用力 与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成 反比。（扭秤实验）
国际单位制单位
讨论 （1）电场强度是矢量
N/C 或 V/m
Q
E
（2）点电荷在外电场中受的电场力 F qE
18
3.电场强度叠加原理: 如果带电体由 n 个点电荷组成，如图 由电力
叠加原理
由场强定义
n F Fi i 1
qi
Fi
n
q0
n n F i 1 Fi E Ei q0 q0 i 1 q0 i 1
库仑定律 静电力的叠加原理
q1
来自百度文库r20
r 10
F3
F2 F1
q3
工具：微积分
r30
q0
任意带电体间的相互作用力
15
三、电场
1.问题的提出:库仑力是通过什么机理进行的？
2.两种假说:
(1).超距作用说(十九世纪前): 3.电场是种特殊的物质
(1)物质性的体现：
电荷 电荷
(2).近距作用说(十九世纪,法拉第): 电荷 电场 电荷