《大学物理教程》课程教学资源（PPT课件讲稿，上册）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 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,B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

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 B 等）描述其性质。   , , 第三篇 相互作用和场 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

结构框图第九章电相互作用和静电场 电相互作用库仑定律静电力叠加原理 电场电通量高斯定理静电场 静电场强度 的基本 电势 环路定理性质 与带电粒子 导体的静电平衡 电/电 的相互作用电介质电位移矢量 容场 极化‖介质中高斯定理 能 稳恒电场

第九章 电相互作用和静电场 结构框图 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

要点: 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U 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:求解玢布 静电场的基本性质; 导体和电介质中的电场。 学时:14

要点： 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)。 4. 静电场与物质（导体和电介质）的相互作用。 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 

§91两条基本实验定律静电场 ,基本电现象和规律 电荷有两类同类电荷相互排斥,异类电荷相互 吸引。 电荷量是一个相对论性不变的量:在不同的惯性 参考系中测量同一带电体上的电荷,所得的电量 都相同。 电荷守恒定律:在任何孤立体系中,电荷的代数 和保持不变。 电荷的量子化:任何带电体所带的电量只能是电 子电量e的整数倍,即Q=ne(n是整数)

一.基本电现象和规律 电荷有两类:同类电荷相互排斥，异类电荷相互 吸引。 电荷量是一个相对论性不变的量：在不同的惯性 参考系中测量同一带电体上的电荷，所得的电量 都相同。 电荷守恒定律：在任何孤立体系中，电荷的代数 和保持不变。 电荷的量子化：任何带电体所带的电量只能是电 子电量e的整数倍,即Q=ne(n是整数)。 §9.1 两条基本实验定律 静电场

库仑定律 1773年发表有关材料强度的论文所是出 库仑(1736~1806) 法国工程师、 物理学家。 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 ,提出有关润涓剂的科学理论。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

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 中学:真空中,两个静止的点电荷间相互作用力 f=k 414 静电力恒量k=9×10Nm2C2 写成矢量式: 12 F 12 21 12=k%9 q1(+) q2(±) F=k91927=k9192 F2(千) 12 21 是单位矢量

一. 库仑定律 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 =    写成矢量式： • • q1 q2 12 r  F21  F12  () () () • q1 q2 12 r  F21  F12  • () ( ) 12 2 1 2 21 12 r r r q q F F k    = − = 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

引入真空电容率:0=4m8.85×102C2Nm-2 q19 4丌Enr 目的:使后面的大量电磁学公式不出现4丌因子, 适用范围:目前认为在10-7m-107m范围均成立。 211页,表911:验证库仑定律平方反比关系的实验结果 数量级:四种基本相互作用相对强度 强力电磁力弱力引力 1O-2 O 1O-38

1 2 2 1 2 0 8 85 10 C N m 4 1 − − − = =   k  2 0 0 1 2 3 1 2 0 4 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， 适用范围 :目前认为在 范围均成立。 211页,表9.1.1:验证库仑定律平方反比关系的实验结果 10 m 10 m 17 7 − − 引入真空电容率： 数量级：四种基本相互作用相对强度 强力 电磁力 弱力 引力 2 13 38 1 10 10 10 − − −

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+…+ q04 4. g 兀o

F F F Fn      = 1 + 2 + + i i i i r r q q  = 3 0 0 4  q1 • 2 q n q qi • i r  • • • Fi  0 q 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。 二.电场力叠加原理

静电场 “场”概念的建立和发展 18世纪:力的超距作用思想风行欧洲大陆。 英国法拉第:探索电磁力传递机制,由电极化现 象和磁化现象提出“场”的概念。 19世纪: 英国麦克斯韦建立电磁场方程,定量描述场的性质 和场运动规律。 电荷 电场 电荷

电荷 电场 电荷 18 世纪： 力的超距作用思想风行欧洲大陆。 英国法拉第：探索电磁力传递机制,由电极化现 象和磁化现象提出“场”的概念。 19 世纪： 英国麦克斯韦建立电磁场方程，定量描述场的性质 和场运动规律。 三. 静电场 1. “场”概念的建立和发展

20世纪: 爱因斯坦:相对论树立了“场”的实在地位 质能关系揭示出实物与场不能截然划分。场本身参 与能量和动量交换,是物质存在的基本形式之一。 光子理论认为电磁场由光子组成,带电粒子通过 交换光子相互作用。(传球模型) A B

A B  光子理论认为电磁场由光子组成，带电粒子通过 交换光子相互作用。（传球模型） 20世纪： 爱因斯坦： 相对论树立了“场”的实在地位 质能关系揭示出实物与场不能截然划分。场本身参 与能量和动量交换，是物质存在的基本形式之一