大学物理：电磁学部分_8静电场和稳恒电场

第四篇 电礅与 电能是应用最广泛的能源; 电磁波的传播实现了信息传递; 电磁学与工程技术各个领域有十分密切的联系; 电磁学的研究在理论方面也很重要

第四篇 电 磁 学 电能是应用最广泛的能源； 电磁波的传播实现了信息传递； 电磁学与工程技术各个领域有十分密切的联系； 电磁学的研究在理论方面也很重要

公元前600年 1820年 1831年 古希腊泰勒斯 奥斯特发现 法拉第发现 第一次记载电现象电流对磁针的作用电磁感应 1865年麦克斯韦提出 电磁场理论 1905年爱因斯坦建立 狭义相对论

1905年爱因斯坦建立 狭义相对论 1865年麦克斯韦提出 电磁场理论 1820年 奥斯特发现 电流对磁针的作用 公元前600年 1831年 法拉第发现 电磁感应 古希腊泰勒斯 第一次记载电现象

稳帽

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静电场-相对于观察者静止的电荷产生的电场 稳恒电场一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

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

8-1电场电场强度 电荷 电荷的种类:正电荷、负电荷 电荷的性质:同号相吸、异号相斥 电量:电荷的多少单位:库仑符号:C 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

5 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 8-1 电场 电场强度 一、电荷 电荷的种类：正电荷、负电荷 电荷的性质：同号相吸、异号相斥 电量：电荷的多少 单位：库仑 符号：C

库仑定律 真空中两个静止的点电荷之间的作用力(静电力), 与它们所带电量的乘积成正比,与它们之间的距离的平 方成反比,作用力沿着这两个点电荷的连线。 12=k华 g rr g2 4兀与 F,—电荷q作用于电荷q2的力 —单位矢量,由施力物体指向受力物体 3—真空介电常数

二、库仑定律 2 0 1 2 21 12 r r q q F F k    = − = 0 ——真空介电常数。 o r  ——单位矢量，由施力物体指向受力物体。 F21 ——电荷q1作用于电荷q2的力。  真空中两个静止的点电荷之间的作用力（静电力）， 与它们所带电量的乘积成正比，与它们之间的距离的平 方成反比，作用力沿着这两个点电荷的连线。 q1 ro r q2  4 0 1   k =

E=885×102C2N-m 1 k ≈9×10·Nm2C 4兀60 1q142 讨论F2、=4兀5 库仑定律包含同性相斥,异性相吸这一结果。 (a)91和q2同性,则qnq2>0,F2和同向, 方程说明排斥2 →F2 41>0 q2>0 斥力 1<0 q2<0

9 2 2 0 1 2 2 1 2 0 9 10 4 1 8 85 10 − − − − =   =  k Nm C C N m    . 讨论 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, 和 同向， 方程说明1排斥2 F21  0 r  F12  F21  r0  0 0 0 0 1 2 1 2     q q q q 斥力 2 0 1 2 0 21 4 1 r r q q F     =

9192 214兀6 2 (b)q和q2异性,则qnq20 q20 F144204兀P个点电荷之间 19142,注意:只适用两 4兀6 2

(b)q1和q2异性，则q1 q2<0, 和 反向， 方程说明1吸引2 F21  0 r  F12  F21  r0  0 0 0 0 1 2 1 2     q q q q 引力 2 0 1 2 0 21 4 1 r r q q F     = r r q q r r q q F    3 1 2 0 2 0 1 2 0 4 1 4 1     = = 注意：只适用两 个点电荷之间

静电力的叠加原理 作用于某电荷上的总静电力等于其他点电荷单独 存在时作用于该电荷的静电力的矢量和 F 数学表达式 离散状态F=∑F 10 q g9 20 q 0 连续分布F=lF“F=42

数学表达式 离散状态  = = N i F Fi 1   2 0 4 0 i i i i r r qq F     = 连续分布 F =  dF   2 0 4 0 r r qdq dF     = q1 q2 F1  q 10 r  20 r  F2  F  静电力的叠加原理 作用于某电荷上的总静电力等于其他点电荷单独 存在时作用于该电荷的静电力的矢量和

例:在氢原子中,电子与质子的距离为53×10,试求 静电力及万有引力,并比较这两个力的数量关系。 解:由于电子与质子之间距离约为它们自身直径的105倍, 因而可将电子、质子看成点电荷。 电子与质子之间静电力(库仑力)为吸引力 FE=/42=8.,2×10(牛) 电子与质子之间的万有引力为 忽略! F=GmM R2=36×10-7N 所以库仓力与万有引力数值之比为5/=23×1039

所以库仑力与万有引力数值之比为 39 = 2.310 G E F F 8.2 10 (牛 ） 4 8 2 0 2 − = =  R F e E   电子与质子之间静电力（库仑力）为吸引力 N R F GmM G 47 2 3 6 10− = = .  电子与质子之间的万有引力为 例：在氢原子中，电子与质子的距离为5.310-11米，试求 静电力及万有引力，并比较这两个力的数量关系。 忽略！ 解：由于电子与质子之间距离约为它们自身直径的105倍， 因而可将电子、质子看成点电荷