广东海洋大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件）lesson22 静电场的概念与计算

海大理学院教号裸件， 大学物理学电子教案 静电场的概念与计算 8-1电荷的量子化电荷守恒定律 8-2库仑定律 8-3电场强度

大学物理学电子教案 海大理学院教学课件 静电场的概念与计算 8-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 8-2 库仑定律 8-3 电场强度

第三部分电磁学 1、什么是电磁学 电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学是研究 电磁运动及其规律的物理学分支。 2、电磁学的主要内容 ·电荷、电流产生电场和磁场的规律； ·电场和磁场的相互作用； •电磁场对电流、电荷的作用； •电磁场中物质的各种性质。 3、学习电磁学的意义 •在现代物理学中的地位是非常重要的。 •深入认识物质结构。 •是学习电工学、无线电电子学、自动控制、计算机技 术等学科的基础

1、什么是电磁学 电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学是研究 电磁运动及其规律的物理学分支。 2、电磁学的主要内容 •电荷、电流产生电场和磁场的规律； •电场和磁场的相互作用； •电磁场对电流、电荷的作用； •电磁场中物质的各种性质。 3、学习电磁学的意义 •在现代物理学中的地位是非常重要的。 •深入认识物质结构。 •是学习电工学、无线电电子学、自动控制、计算机技 术等学科的基础。 第三部分 电磁学

第八章 静电场 本章主要内容：研究真空中静电场的基本特性： 静电场的基本定律：库仑定律、叠加定律 静电场的基本定理：高斯定理、环路定理 描述静电场的物理量：电场强度、电势 静电场对电荷的作用

第八章 静电场 本章主要内容：研究真空中静电场的基本特性： 静电场的基本定律：库仑定律、叠加定律 静电场的基本定理：高斯定理、环路定理 描述静电场的物理量：电场强度、电势 静电场对电荷的作用

8·1电荷的量子化电荷守恒定律 电荷的量子化 1、电荷 摩擦起电：用木块摩擦过的琥珀能吸 引碎草等轻小物体的现象。许多物体 经过毛皮或丝绸等摩擦后，都能够吸 引轻小的物体。人们就说它们带了电， 或者说它们有了电荷。 原子核 质子+) 原子 中子 电子) 电量的定义： 当物质处于电中性时，质子数=中子数 当物质的电子过多或过少时，物质就带有电荷 物体所带电荷的多 少叫作电量。 电子过多时 物体带负电 电子过少时 物体带正电 单位：库仑C)

8－1 电荷的量子化 电荷守恒定律 一、电荷的量子化 1、电荷 摩擦起电：用木块摩擦过的琥珀能吸 引碎草等轻小物体的现象。许多物体 经过毛皮或丝绸等摩擦后，都能够吸 引轻小的物体。人们就说它们带了电， 或者说它们有了电荷。         + (-) ( ) 电 子 中 子 质 子 原子核 原 子 当物质处于电中性时，质子数＝中子数 当物质的电子过多或过少时，物质就带有电荷 电子过多时——物体带负电 电子过少时——物体带正电 电量的定义： 物体所带电荷的多 少叫作电量。 单位：库仑(C)

2、电荷量子化 1913年，密立根用液滴法从实验中测出所有电子都具有相同 的电荷，而且带电体的电荷是电子电荷的整数倍。 电子电量 e 带电体电量 =ne,n=1,2,3,.. 电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电荷 的量子化。电子的电荷称为基元电荷，或电荷的量子。 1986年国际推荐值 e=1.60217733(49)×10-19C 近似值 e=1.602×10-19C 3、电荷的相对论不变性： 在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。 电荷的这一性质叫做电荷的相对论不变性

2、电荷量子化 1913年，密立根用液滴法从实验中测出所有电子都具有相同 的电荷，而且带电体的电荷是电子电荷的整数倍。 电子电量 e 带电体电量 q=ne, n=1,2,3,... 电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电荷 的量子化。电子的电荷e称为基元电荷，或电荷的量子。 1986年国际推荐值 e C 19 1.602 177 33(49) 10− =  近似值 e C 19 1.602 10− =  3、电荷的相对论不变性： 在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。 电荷的这一性质叫做电荷的相对论不变性

电荷守恒定律 内容： 在孤立系统中，不管系统中的电荷如何迁移，系统 的电荷的代数和保持不变。 说明： 电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程（例如核 反应和基本粒子过程)，是物理学中普遍的基本定 律之一

说明： 电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程( 例如核 反应和基本粒子过程)，是物理学中普遍的基本定 律之一。 二、电荷守恒定律 内容： 在孤立系统中，不管系统中的电荷如何迁移，系统 的电荷的代数和保持不变

8-2库仑定律 库仑(Charlse-.Augustin de Coulomb1736~1806) 法国物理学家 1773年提出的计算物体上应力和应变分布情 况的方法，是结构工程的理论基础。 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。 他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得 出摩擦定律

8-2 库仑定律 库仑 (Charlse-Augustin de Coulomb 1736 ~1806) 法国物理学家 1773年提出的计算物体上应力和应变分布情 况的方法，是结构工程的理论基础。 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。 他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得 出摩擦定律

库仑定律内容 在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小 与点电荷电量的乘积成正比，与两点电荷之间距离的平方 成反比，作用力在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相 排斥，异号电荷互相吸引。 万2=k2e 91 2 q2 12 2=乃-月 e12=i2/2 表示单位矢量 k= 是国际单位制中的比例系数 4r6

12 2 1 r r r    = − 2 12 12 1 2 12 e r q q F k   = 库仑定律内容 在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小 与点电荷电量的乘积成正比，与两点电荷之间距离的平方 成反比，作用力在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相 排斥，异号电荷互相吸引。 12 r  1 r  2 r  O F21  F12  1 q 2 q 12 12 12 e r /r   = 表示单位矢量 4 0 1   k = 是国际单位制中的比例系数

6o=8.85×10-12C2.N-lm-2 真空电容率 1 q142en 4π612 •库仑力满足牛顿第三定律 F1=-F2月 r •实验表明，库仑力满足线性叠加原理， 即不因第三者的存在而改变两者之间 91 的相互作用。 库仑力的叠加原理： =∑=2 qogiCoi

1 2 2 1 2 0 8.85 10 C N m − − −  =   2 12 12 1 2 0 12 4 1 e r q q F     = •实验表明，库仑力满足线性叠加原理， 即不因第三者的存在而改变两者之间 的相互作用。 库仑力的叠加原理：   = = = = n i n i i i i i e r q q F F 1 1 2 0 0 0 0 0 0 4   1    1 q 4 q 3 q 2 q o r O1 q  O2 r  O4 r  O3 r  真空电容率 F21 F12   • 库仑力满足牛顿第三定律 = − 12 r  1 r  2 r  O F21  F12  1 q 2 q

例：在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.3×101m,求 它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。 解：氢原子核与电子可看作点电荷 F。= 4ngp=9x10xL.6x10"2 1e2 =8.2×10-8N (5.3×10-1)2 万有引力为 F=G.mM =6.67×101×9,1×10-31x1.67×10-27 =3.6×10-47W (5.3×10-11)2 两值比较 结论：库仑力比万有引力大得多， F。_8.2×10-8 所以在原子中，作用在电子上的 3.6×10-47 =2.3×1039 力，主要是电场力，万有引力完 全可以忽略不计

例：在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.3×10-11m，求 它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。 解：氢原子核与电子可看作点电荷 N r e Fe 8 1 1 2 1 9 2 9 2 2 0 8.2 10 (5.3 10 ) (1.6 10 ) 9 10 4 1 − − − =     =     ＝ 万有引力为 N r mM Fg G 4 7 1 1 2 3 1 2 7 1 1 2 3.6 10 (5.3 10 ) 9.1 10 1.67 10 6.67 10 − − − − − =      =   ＝  两值比较 3 9 4 7 8 2.3 10 3.6 10 8.2 10 =    − − ＝ g e F F 结论：库仑力比万有引力大得多， 所以在原子中，作用在电子上的 力，主要是电场力，万有引力完 全可以忽略不计