《大学物理》课程PPT教学课件：第三篇 相互作用和场 第九章 电相互作用和静电场（9.1）两条基本实验定律静电场

第三篇相互作用和场 第九章电相互作用和静电场 筹九第~游 本章共7讲 2021/2/20

2021/2/20 ? 本章共7讲 第三篇 相互作用和场 第九章 电相互作用和静电场

第三篇相互作用和场 本篇特点: 1研究对象不再是分离的实物,而是在空间连续分布 的场,用空间函数(如E,U等)描述其性质。 2场不具有不可入性,所以叠加原理地位重要。 3.更多地运用高等数学手段,如用求空间矢量的通 量和环流的方法来描述场的规律。 4在四种基本相互作用中,电磁相互作用理论最成 熟,所以电磁相互作用和电磁场是全篇重点。 5电相互作用是电磁学的基础,也是重点和难点。 202126磁场采用相对论方式引入

2021/2/20 第三篇 相互作用和场 本篇特点： 2.场不具有不可入性，所以叠加原理地位重要。 3.更多地运用高等数学手段，如用求空间矢量的通 量和环流的方法来描述场的规律。 1.研究对象不再是分离的实物，而是在空间连续分布 的场，用空间函数（如 E U 等）描述其性质。 B   , , 4.在四种基本相互作用中，电磁相互作用理论最成 熟, 所以电磁相互作用和电磁场是全篇重点。 5.电相互作用是电磁学的基础，也是重点和难点。 6.磁场采用相对论方式引入

第九章电相互作用和静电场 大自然整体的每一片断或部分 始终只是对完整的真理(或迄今我 们所认识的完整真理)的逼近。事 实上,我们知道的每件事物都只是 某种近似,因为我们知道:我们至 今还不知道所有的定律。因此,我 门之所以要学习一些东西,正是为 了以后再放弃它,或者,更恰当地 说,再改正它 RP.贵曼(198-198 2021/2/20

2021/2/20 第九章 电相互作用和静电场 大自然整体的每一片断或部分， 始终只是对完整的真理（或迄今我 们所认识的完整真理）的逼近。事 实上，我们知道的每件事物都只是 某种近似，因为我们知道：我们至 今还不知道所有的定律。因此，我 们之所以要学习一些东西，正是为 了以后再放弃它，或者，更恰当地 说，再改正它。 －R.P.费曼(1918－1988)

结构框图 电相互作用 库仑定律 静电力叠加原理 电场 强度 电通量高斯定理 静电场 静电场的 基本性质 电势 环路定理 与带电粒子 导体的静电衡电 的相互作用 电场 电介质电位移矢量介蓉能 极化 质中高斯定理 稳恒电场 2021/2/20

2021/2/20 电相互作用 库仑定律 静电场 稳恒电场 电场 强度 电通量 高斯定理 电势 环路定理 静电场的 基本性质 与带电粒子 的相互作用 导体的静电平衡 电位移矢量 介 质中高斯定理 电介质 极化 电 场 能 静电力叠加原理 电 容 结构框图

重点: 1.两条基本实验定律:库仑定律,静电力叠加原理。 2.两个基本物理量:电场强度E电势.C 3.两条基本定理: 静电场高斯定理,环路定理。 揭示静电场基本性质(有源场、保守场) 4.静电场与物质(导体和电介质)的相互作用 5.稳恒电场。 难点:求解E,分布; 静电场的基本性质; 导体和电介质中的电场。 学时:14 2021/2/20

2021/2/20 重点： 4. 静电场与物质（导体和电介质）的相互作用 1. 两条基本实验定律：库仑定律，静电力叠加原理。 3. 两条基本定理： 静电场高斯定理，环路定理。 揭示静电场基本性质(有源场、保守场) 。 5. 稳恒电场。 2. 两个基本物理量：电场强度 E ， 电势 .U  学时：14 难点：求解 分布； 静电场的基本性质； 导体和电介质中的电场。 E, U 

§9.1两条基本实验定律静电场 库仑定律 库仑(1736~1806 法国工程师、 物理学家 1773年发表有关材料强度的论文,所提出 的计算物体上应力和应变分布情况的方法沿 用到现在。1777年开始研究静电和磁力问 题,发明扭秤。1779年对摩瘵力进行分析 ,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 2021/2/20

2021/2/20 §9.1 两条基本实验定律 静电场 一. 库仑定律 1773年发表有关材料强度的论文，所提出 的计算物体上应力和应变分布情况的方法沿 用到现在。 1777年开始研究静电和磁力问 题，发明扭秤。 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。 扭秤 库仑(1736 ~ 1806) 法国工程师、 物理学家

库仑定律: 相府观察者 中学:真空中,两个静止的点电荷间相互作用力 F=k 静电力恒量k=9×10N.m2.C2 写成矢量式: 12 12 21 q1 12 q1(±) q2(土) F=k192r k q14 (千) 是单位矢量 12 2021/2/20

2021/2/20 相对观察者 中学：真空中，两个静止的点电荷间相互作用力 2 1 2 r q q F = k 静电力恒量 9 2 2 9 10 N m C − k =    库仑定律： 写成矢量式： • • 1 q q2 12 r  F21  F12  () () () • 1 q 2 q 12 r  F21  F12  • () 2 0 1 2 3 1 2 r r q q k r q q r F k    = = 0 r  是单位矢量 ) r r ( r q q F F k 12 2 1 2 21 12    = − =

引入真空电容率(1986年推荐值): =8·854187817×10-12C2N-m-2 4水 q14 4兀6r4兀5r 目的:使后面的大量电磁学公式不出现4因子 适用范围:目前认为在1015m范围灼成立 原子核尺度:粒子散射实验,以库仑定律为依据 计算的结果与实验相符。 更大尺度:需要天体物理证明 2021/2/20

2021/2/20 1 2 2 1 2 0 8 854187817 10 C N m 4 1 − − − = =   k  2 0 0 1 2 3 1 2 4 0 4 1 r r q q r q q r F        = = 目的：使后面的大量电磁学公式不出现 4 因子。 引入真空电容率(1986年推荐值)： 适用范围: 目前认为在 10 m 范围均成立。 10 m 15 7 − − 原子核尺度： 粒子散射实验，以库仑定律为依据 计算的结果与实验相符。 更大尺度： 需要天体物理证明。 

p211,表911:库仑定律平方反比关系的实验验证 F=k%2 δ≤4×102(1785年);δ≤2×101(1971年) 数量级:四种基本相互作用相对强度 强力电磁力 弱力 引力 IO-S IO -l3 I0. -38 例:在卢瑟福啦子散射实验中,粒子可达到离 金原子核2×10处求它们相互斥力的大小 F2e×T=91(N)-10kg物体的重 2021/2/20 4兀6r 力

2021/2/20 数量级： 四种基本相互作用相对强度 2 13 38 1 10 10 10 − − − 强力 电磁力 弱力 引力 4 10 (1785 ); 2 10 (1971 ) ; 2 1 6 2 1 2 − 年 − 年 +     =    r q q F k p211，表9.1-1：库仑定律平方反比关系的实验验证 例：在卢瑟福 粒子散射实验中， 粒子可达到离 金原子核 处，求它们相互斥力的大小。  2 10 m . −14   91(N) 4 2 79 2 0   = r e e F   ～10kg 物体的重 力

力叠加原 两点电毛荷间稍垤作用力不因其它电荷的存在而改变。 点电荷系对某点电荷的作用等于系内各点电荷单独存 在时对该电荷作用的矢量和 FF=F1+F2+…+F ∑ qoq i4兀5r n 2021/2/20

2021/2/20 二.电场力叠加原理 两点电荷间相互作用力不因其它电荷的存在而改变。 点电荷系对某点电荷的作用等于系内各点电荷单独存 在时对该电荷作用的矢量和。 F F F Fn      = 1 + 2 + + = = n i i i i r q q r 1 3 0 0 4   q1 • q2 qn qi • i r  • • • Fi  q0 • •