西安电子科技大学：《大学物理》第八章 静电场（8.1）电荷库仑定律

课时安排 静电场(10) 恒定磁场(7) 变化的磁场和变化的电场(6) 狭义相对论(3) 量子力学(6)

1 课时安排 ◼ 静电场(10) ◼ 恒定磁场(7) ◼ 变化的磁场和变化的电场(6) ◼ 狭义相对论(3) ◼ 量子力学(6)

电磁学 研究对象:静电场、稳恒磁场、 变化的电场产生的磁场、 变化的磁场产生的电场 >研究内容:电磁现象的基本概念和基本规律 电荷、电流产生电场、磁场的规律 电磁场对电荷、电流的作用; 电磁场对物质的各种效应 电场和磁场的相互联系

2 电 磁 学 电磁现象的基本概念和基本规律 ➢ 研究对象： 静电场、稳恒磁场、 变化的电场产生的磁场、 变化的磁场产生的电场 ➢ 研究内容： • 电荷、电流产生电场、磁场的规律； • 电磁场对电荷、电流的作用； • 电磁场对物质的各种效应； • 电场和磁场的相互联系

第八章静电场 §81电荷库仑定律 582静电场电场强度 583电通量高斯定理 §84静电场的环流定理电势能 585电势电势差 §86等势面电场强度和电势的关系 §87静电场中的导体 s88电场的能量 s89静电场中的电介质

3 第八章 静电场 §8.1 电荷 库仑定律 §8.2 静电场 电场强度 §8.3 电通量 高斯定理 §8.4 静电场的环流定理 电势能 §8.5 电势 电势差 §8.6 等势面 电场强度和电势的关系 §8.7 静电场中的导体 §8.8 电场的能量 §8.9 静电场中的电介质

§81电荷库仑定律 电荷的基本性质 电荷的种类:正电荷和负电荷;同性斥、异性吸; 电量qQ:电荷的多少 单位:C(库仑) 电荷的量子化:任何带电体所带的电量总是电子电量 的正负整数倍 e=-1.602×10C q=±Ne 3、电荷守恒:在一个孤立系统中总电荷量是不变的。即 在任何时刻系统中的正电荷与负电荷的代数和保持不 变,这称为电荷守恒定律

4 一、电荷的基本性质 §8.1 电荷 库仑定律 1、电荷的种类：正电荷和负电荷；同性斥、异性吸； 电量q Q ：电荷的多少; 单位：C（库仑） 2、电荷的量子化：任何带电体所带的电量总是电子电量 的正负整数倍。 19 e C 1 602 10 . q Ne − = −  =  3、电荷守恒：在一个孤立系统中总电荷量是不变的。即 在任何时刻系统中的正电荷与负电荷的代数和保持不 变，这称为电荷守恒定律

二、库仑定律( Coulomb law) 1785年,库仑通过扭称实验总结得出。 1.表述:在真空中,两个静止点电荷q1及q之间的相互作 用力的大小和q1与q2的乘积成正比,和它们之间距离r的 平方成反比;作用力的方向沿着它们的连线,同号电荷相 斥,异号电荷相吸。 2、库仑定律的数学表达式: q14 F F=k 或:F_,q1q2 3

5 在真空中， 两个静止点电荷q1及q2之间的相互作 用力的大小和q1与q2的乘积成正比，和它们之间距离r的 平方成反比；作用力的方向沿着它们的连线，同号电荷相 斥，异号电荷相吸。 二、库仑定律 ( Coulomb Law) 1785年，库仑通过扭称实验总结得出。 1. 表述： 2、库仑定律的数学表达式： 1 2 0 2 q q F k r r = q1 q2 r F 1 2 3 q q F k r r 或： =

3、讨论 点电荷:只带电荷而没有形状和大小的物体。 电学中的理想化模型(相对性) 数学上在空间只占据一个点的位置 物理上带电体的几何线度<带电体间距或远离带电体 °库仑定律只适合于真空中的点电荷相互作用。 ·比例系数k可以表示为 k aTe 6o-4兀h =8,85×10 12 N 这里a0称为真空中的介电常数 实验发现:在1014米至10米范围内库仑定律都成立 库仑力遵守牛顿第三定律

6 • 点电荷：只带电荷而没有形状和大小的物体。 电学中的理想化模型（相对性） 数学上——在空间只占据一个点的位置 物理上——带电体的几何线度<<带电体间距或远离带电体 3、讨论： • 库仑定律只适合于真空中的点电荷相互作用。 • 比例系数k可以表示为： 2 12 0 2 0 1 1 C 8 85 10 4 4 k 即： . k m N    − = = =  这里ε0称为真空中的介电常数。 • 实验发现：在10-14米至107米范围内库仑定律都成立。 • 库仑力遵守牛顿第三定律

4、静电力的叠加原理 库仑力满足力的独立性原理(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 ∑F=∑ q9 = i 4reor q 电荷连续分布的带电体 0 F=ldF gdg 0 2 2 4Ter 7

7 4、静电力的叠加原理： 1 N i i F F = =  0 2 0 4 i i i i qq r  r =  1 q 2 q q F1 0 1 r 0 2 r F2  F  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 F = d 0 2 0 d Q 4 q q r  r =  电荷连续分布的带电体： 库仑力满足力的独立性原理（叠加原理）

§82电场电场强度 电场 电场 场 物质 电荷 电荷实 场是一种特殊形态的物质,具有能量、质量、动量。 >电场可以脱离电荷而独立存在,在空间具有可叠加性。 静电场相对于观察者静止且电量不随时间变化 的电荷产生的电场 >电场对场中电荷施以电场力作用。—引入E >带电体在电场中移动,电场力要对它做功。—引入U

8 §8.2 电场 电场强度 电 荷 电 场 电 荷 ➢ 场是一种特殊形态的物质，具有能量、质量、动量。 实物 物 质 场 一、电场 ➢ 静电场——相对于观察者静止且电量不随时间变化 的电荷产生的电场。 ➢ 电场对场中电荷施以电场力作用。 ➢ 电场可以脱离电荷而独立存在，在空间具有可叠加性。 ➢ 带电体在电场中移动，电场力要对它做功。 ——引入 E ——引入 U

二、电场强度( electric field strength) 描述电场的物理量之一,反映力的作用。 引入试验电荷qo—点电荷 (电量足够小,不影响原电场分布; 线度足够小,只占空间点的位置。) 1.定义 F 电场强度EsF q 试验 电荷 lo 场源 电荷 大小:单位正电荷在场中某点所受的电场力。 方向:单位正电荷在该点所受电场力的方向 单位:牛顿库仑(NC)或伏特/米(F/m)

9 二、电场强度 (electric field strength) 电场强度 0 F E q = 场源 电荷 q 试验 电荷 q0 F  • 描述电场的物理量之一，反映力的作用。 1. 定义： 大小：单位正电荷在场中某点所受的电场力。 方向：单位正电荷在该点所受电场力的方向 单位：牛顿/库仑(N/C) 或伏特/米(F/m) • 引入试验电荷 q0 —— 点电荷 （电量足够小，不影响原电场分布; 线度足够小，只占空间点的位置。）

2.讨论: 1)由E=F是否能说,与F成正比,与4成反比? 2)电场强度是空间位置的单值函数 g E q在P点所受 电场力 F=g E Q在P点的电场强度, 不包括q的电场

10 1) 由 是否能说， 与 成正比，与 成反比？ q0 F E   = E  F  q0 E + + + + + + + + Q + + + P 2. 讨论： 2)电场强度 E 是空间位置的单值函数 F qE = q在P点所受 电场力 Q在P点的电场强度， 不包括q的电场 • q