青岛科技大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件）第二十三讲 电荷与电场强度

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电荷( (electric charge)的基本性质 1电荷有正负之分; 2电荷是量子化( quantization)的;所有带电体的电 量都是电子电荷e=1602×10-19C的整数倍: =ne(n=0,±1,±2;1或2 强子的夸克模型具有分数电荷(或 电子电荷) 但实验上尚未直接证明 33 3同性相斥,异性相吸 电荷守恒定律 在孤立系统中,电荷的代数和保持不变 (自然界的基本守恒定律之一) 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 一 电荷(electric charge)的基本性质 二 电荷守恒定律 在孤立系统中,电荷的代数和保持不变. 强子的夸克模型具有分数电荷（ 或 电子电荷） 但实验上尚未直接证明. 3 1 3 2 （自然界的基本守恒定律之一） 1 电荷有正负之分； 1.602 10 C 19 e   2 电荷是量子化(quantization)的；所有带电体的电 量都是电子电荷 的整数倍： 3 同性相斥，异性相吸. q  ne (n  0,1,2,)

点电荷(φ point charge)模型 (d<<F12 q 21 21 12 四库仑定律 ( Coulomb’slaw) F12=k12e12 21 12 S制k=898755×10N.m2.C-2 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 1 q 12 r 12 r F21  F12  9 2 2 8.98755 10 N m C  SI制 k     三 点电荷(point charge)模型 2 12 21 12 1 2 12 e F r q q F k       四 库仑定律 (Coulomb’s law) d （ d  r12） F21  F12  2  q 1 q q2

库仑定律F2=k992日12=-F21 12 库仑力遵守牛顿第三定律 令k= 其中E为真空电容率,也称真 4π0 空介电常数( dielectric constant) 2 0 =8.8542×10C2.N-.m 4兀k 8.8542×10-12F 4142 2 4πE。r 212 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 其中 为真空电容率，也称真 空介电常数(dielectric constant) 0  12 2 1 2 0 8.8542 10 C N m 4π 1         k  π 0 4 1  令 k  库仑定律 2 12 21 12 1 2 12 e F r q q F k       12 1 8.8542 10 F m      库仑力遵守牛顿第三定律 1 2 12 2 12 0 12 1 4π q q F e  r   

例在氢原子内,电子和质子的间距为53×10-m 求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小 解m1=9.1×10-3ks e=1.6×10C m=1.67×1027kgG=667×10-N.m2kg2 F 4πEnr 2=8.2×10NF =2.27×1039 F F=G =3.6×104N (微观领域中,万有引力比库仑力小得多,可忽略不计.) 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 解 例 在氢原子内,电子和质子的间距为 . 求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小. 5.3 10 m 11  9.1 10 kg 31 e  m   1.67 10 kg 27 p  m   11 2 2 6.67 10 N m kg   G     1.6 10 C 19 e   39 g e  2.27 10 F F (微观领域中,万有引力比库仑力小得多,可忽略不计.) 2 8 e 2 0 1 8.2 10 N 4 π e F  r     e p -47 g 2 3.6 10 N m m F G r   

五静电场( electrostatic field) 实验证实了两静止电荷间存在相互作用的静电力, 但其相互作用是怎样实现的? 电场 电荷 电荷 场是一种特殊形态的物质 场 物质 实物 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 五 静电场(electrostatic field) 实验证实了两静止电荷间存在相互作用的静电力， 但其相互作用是怎样实现的？ 电 荷 电 场 电 荷 场是一种特殊形态的物质 实物 物 质 场

六电场强度( electric field intensity E go +Q:场源电荷 电场中某点处的电场强度EL+g0:试验电荷 等于位于该点处的单位试验电荷(试验电荷为点电 所受的力,其方向为正电荷受力荷、且足够小,故对 方向. 原电场几乎无影响) 单位NCV 电荷q在电场中受力F=q 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义  Q 0  q 六 电场强度(electric field intensity) 单位 1 1 N C V m     电场中某点处的电场强度 等于位于该点处的单位试验电荷 所受的力，其方向为正电荷受力 方向. E  F qE   电荷 q 在电场中受力  F  q 0 F E    （试验电荷为点电 荷、且足够小,故对 原电场几乎无影响）  Q ：场源电荷 0  q ：试验电荷

七点电荷的电场强度 +2 E F 1 O 的+6n09 E q E E y→0E→)∞? 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义  Q  r e r Q q F E    2 0 4π 0 1    七 点电荷的电场强度 r q 0  E  E   Q r Q  q 0 E  E Q  r  0 E  ?

例把一个点电荷(q=-62×10°C)放在电 场中某点处,该电荷受到的电场力为F=3,2×10-6Z +1.3×10八N,求该电荷所在处的电场强度 大小∠、9-(51.67+210NC 解 E E 516)2+(-210)2NC-1 =557NC-11y E 方向a= arctan= E E 22.1° 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 解 1 (51.6 21.0 )N C     i  j  q F E     例 把一个点电荷（ ）放在电 场中某点处，该电荷受到的电场力为 62 10 C 9 q    1.3 10 N 6 j    ，求该电荷所在处的电场强度. F i   6 3.2 10    1 2 2 1 55.71N C ( 51.6) ( 21.0) N C     E  E       大小 x y E E 方向   arctan   22.1 q F  E  x y o

八电场强度的叠加原理 (the law of superposition) 点电荷q对q0的作用力 q2 F i4兀8o 由力的叠加原理得q0所受合力F=∑ F 故q0处总电场强度E==∑ 电场强度的叠加原理 E=∑E 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 1 q 2 q 3 q 八 电场强度的叠加原理 (the law of superposition) 0 q 1r F1 2 r 3 r F2 F3   0 由力的叠加原理得 q 所受合力   i F Fi   点电荷 对 的作用力 i i i i r r q q F   3 0 4π 0 1   0 qi q 故 处总电场强度    i i q F q F E 0 0    q0   i E Ei   电场强度的叠加原理