《大学物理》课程PPT教学课件：第五章 真空中的静电场（5.1-5.3）库仑定律、电场强度

静

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从而产生不随 时间改变的电场 场强、电势 库仑定律; 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从而产生不随 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

5—1、2、3库仑定律电场强度 电荷 电荷的 正电荷、负电荷 电荷的 :电荷的多少:库仑 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。 点电荷的概念:

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。 点电荷的概念： 5—1、2、3 库仑定律 电场强度 一、电荷 电荷的种类：正电荷、负电荷 电荷的性质：同号相斥、异号相吸 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 =k112 20 q rr q 4兀6 电荷q作用于电荷q2的力 2—单位矢量,由施力物体指向受力物体。 真空中的介电常数

二、库仑定律 2 0 1 2 21 12 r r q q F F k    = − = 0 ——真空中的介电常数。 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 =

En=8.85×10-12C2N-mt 1 k ≈9×10Nm2C 4兀6 1q142 讨论F21=4兀b 20 库仑定律包含同性相斥,异性相吸这一结果。 (a)1和g2同性,则q42>0,F2和同向, 说明1排斥2 0 F 12 21 1>0 2>0 斥力 1<0 2<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， 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     =

1q1q2 214兀60r 2 (b)q和q2异性,则q20 420 F 1q1q2 45六 4142,注意:只适用两 4x6r3个点电荷之间

(b)q1和q2异性，则q1 q2<0, 和 反向， 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 F qir 20 14兀0n 2"i0 连续分布F=4FF=4

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  三、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米,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=/4m5:=82×108(牛) 电子与质子之间的万有引力为 忽略! F=GmMn,=36×10+7N R 所以库仑力与万有引力数值之比为E F=2.3×1039

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

四、电场强度 电荷 电场 电荷 电场★叠加性 ★对外表现:a对电荷(带电体)施加作用力 b电场力对电荷(带电体)作功 ★研究方法:力法引入场强 能法一引入电势u 电场强度 F F E ●试验 场源电荷 E=E(, y, z) 电荷

四、电场强度 电场 ★叠加性 ★研究方法： 能法—引入电势 u E  力法—引入场强 ★对外表现：a.对电荷（带电体）施加作用力 b.电场力对电荷（带电体）作功 电场强度 q0 F E   = 场源 电荷 试验 电荷 q q0 F  E E(x, y,z)   = 电荷 电场 电荷

讨论 1由E。F 是否能说,E与F成正比,与成反比? q 2一总电量为Q>0的金属球,在它附近P点产生的场强 为E。将一点电荷q>0引入P点,测得q实际受力F与 之比为Fq,是大于、小于、还是等于P点的E F <E q P Q E 0 q

1.由 是否能说， 与 成正比，与 成反比？ q0 F E   = E  F  q0 Q + + + + + + + + + + + •q P + + + + + + + + Q E0  + + + P • E0 q F  讨论 2.一总电量为Q>0的金属球，在它附近P点产生的场强 为 。将一点电荷q>0引入P点，测得q实际受力 与 q之比为 ，是大于、小于、还是等于P点的 E0 E0 F F q