《大学物理学》课程电子教案（PPT教学课件）第八章 真空中的静电场（8.1）电荷、库仑定律、场强

电磁运动(电磁学) 公元前600年 1820年 1831年 古希腊泰勒斯 奥斯特发现 法拉第发现 第一次记载电现象电流对磁针的作用电磁感应现象 1865年麦克斯韦提出 电磁场理论 1905年爱因斯坦建立 狭义相对论 (下一页)

1905年爱因斯坦建立 狭义相对论 1865年麦克斯韦提出 电磁场理论 1820年 奥斯特发现 电流对磁针的作用 公元前600年 1831年 法拉第发现 电磁感应现象 古希腊泰勒斯 第一次记载电现象 电磁运动 (电磁学) （下一页）

电磁学-历史上:科技发展的支柱, 21世纪:高技术发展的基石! 电磁运动是物质运动的基本形式之 电磁学的规律从宏观到微观都有广泛的应用。 电磁学的研究对象:由电荷产生的电磁场的运动规律 及电磁场与其他物质之间相互作用的规律。 质点(粒子)→>波→场 大学物理电磁学的主要内容 1)由静电荷在真空中产生的静电场; 2)由运动电荷在真空中产生的静磁场; 3)物质在静电场和静磁场中的行为; 4)电磁场的应用 冈□(下一页)

电磁学--历史上：科技发展的支柱， 21世纪：高技术发展的基石！ 电磁运动是物质运动的基本形式之一； 电磁学的规律从宏观到微观都有广泛的应用。 电磁学的研究对象：由电荷产生的电磁场的运动规律 ========及电磁场与其他物质之间相互作用的规律。 大学物理电磁学的主要内容： 1）由静电荷在真空中产生的静电场； 2）由运动电荷在真空中产生的静磁场； 3）物质在静电场和静磁场中的行为； 4）电磁场的应用。 （下一页） 质点(粒子) →波→场

本次课的主要内容:第八章:真空中的静电场 1、关于场与电荷 2、库仑定律 3、电场电场强度及其计算 目的与要求: 1)理解场、电场及电场强度的概念; 2)会用库仑定律计算多个点电荷间的相互作用力; 3)会计算多个点电荷产生的电场; 4)会用积分法计算一维分布的电荷(直线和圆)产生的 电场强度 (下一页)

本次课的主要内容：第 八 章: 真空中的静电场 1、 关于场与电荷 2、 库仑定律 3、 电场 电场强度及其计算 目的与要求: 1) 理解场、电场及电场强度的概念; 2) 会用库仑定律计算多个点电荷间的相互作用力; 3) 会计算多个点电荷产生的电场; 4) 会用积分法计算一维分布的电荷(直线和圆)产生的 电场强度. （下一页）

第八章真空中的静电场 1、什么是场?场是某一个物理量的空间分布 如:温度场、引力场、速度场、电场、磁场等。 2、场量:场所代表的物理量,如温度、速度、电场强度等。 3、场的分类:标量场与矢量场 标量场:场量为标量,如温度场; 矢量场:场量为矢量,如速度场、引力场、电场、磁场等 4、场具有可入性—可迭加性 5、场的描述方法 1)函数法:将场量的空间分布和随时间的变化用函数表示 T=T(G,y,z; t) v=v(r, t)E=E(r,t) 2)图示法:用图形来表示场量的空间分布 如:等高线图,电场线图(见书上17页)等 (下一页)

第八章 真空中的静电场 1、什么是场？ 如：温度场、引力场、速度场、电场、磁场等。 2、场量：场所代表的物理量，如温度、速度、电场强度等。 3、场的分类：标量场与矢量场 标量场：场量为标量，如温度场； 矢量场：场量为矢量，如速度场、引力场、电场、磁场等。 4、场具有可入性——可迭加性 5、场的描述方法 1）函数法：将场量的空间分布和随时间的变化用函数表示 ， 如 场是某一个物理量的空间分布 T T(x, y,z;t) v v(r,t) E E(r,t)       = = = 2）图示法：用图形来表示场量的空间分布。 如：等高线图，电场线图（见书上17页）等 （下一页）

§8-1电荷 是产生电磁场的源泉; 由相对于观察者静止的电荷产生的场称为静电场; 由相对于观察者运动的电荷产生的场称为磁场 存在两种电荷:正电荷、负电荷 产生电荷的方法:摩擦起电和静电感应 2.电荷之间有相互作用:异号相吸引,同号相排斥 3.电荷量子化 1906~1917年,密立根( R.A.millikan)用液 滴法测定了电子电荷,证明微小粒子带电量的变 化是不连续的,它只能是元电荷e的整数倍,即粒 子的电荷是量子化的。 冈□(下一页)

——是产生电磁场的源泉； 1. 存在两种电荷：正电荷、负电荷 产生电荷的方法: 摩擦起电和静电感应 §8 -1 电荷 由相对于观察者静止的电荷产生的场称为静电场； 由相对于观察者运动的电荷产生的场称为磁场。 3. 电荷量子化 1906～1917年，密立根（R.A.millikan )用液 滴法测定了电子电荷，证明微小粒子带电量的变 化是不连续的，它只能是元电荷 e 的整数倍,即粒 子的电荷是量子化的。 （下一页） 2. 电荷之间有相互作用：异号相吸引，同号相排斥

迄今所知,电子是经实验验证的自然界中存在的最小 负电荷,质子是最小的正电荷。 1986年的推荐值为:e=1.60217733×1019库仑(C) 库仑是电量的国际单位。 电荷量子化( charge quantization)是个实验规律 电荷量的相对论不变性 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量的相对论不变性 (下一页)

电荷量子化(charge quantization)是个实验规律。 迄今所知，电子是经实验验证的自然界中存在的最小 负电荷，质子是最小的正电荷。 1986年的推荐值为：e =1.60217733×10-19库仑(C) 库仑是电量的国际单位。 4. 电荷量的相对论不变性 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量的相对论不变性。 （下一页）

5.电荷守恒定律( law of conservation of charge) 表述:在一个与外界没有电荷交换的系统内,正负 电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。 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),是自然界 中普遍的基本定律之一。 (下一页)

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 )，是自然界 中普遍的基本定律之一。 表述： 5. 电荷守恒定律（law of conservation of charge) 在一个与外界没有电荷交换的系统内，正负 电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。 （下一页）

§8-2库仑定律静电力的叠加原理 在真空中两个静止点电荷之间的作用力大小与 其电量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反 比。作用力的方向沿着两个点电荷的连线方向 f=k 41q 12 2 12 21=kY 2 21 q 12 表示单位矢量 12 21 F12库仑力满足牛顿第三定律 21 在[S中的库仑定律 ≈9.0×10Nm2C-的比例系数 478 k=8.98755×109N.m2C2实验值 a=8854187817×10"2C2(N.m)称为真空电客率 常取E0=885×102F.m1 司(下一页)

2 1 2 1 2 1 2 1 2 rˆ r q q F = k  §8 –2 库仑定律 静电力的叠加原理 在真空中两个静止点电荷之间的作用力大小与 其电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反 比 。作用力的方向沿着两个点电荷的连线方向. 12 21 r ˆ = −r ˆ 表示单位矢量 2 2 1 2 1 1 2 2 1 rˆ r q q F = k  F21 F12   = − 库仑力满足牛顿第三定律 9 2 2 0 9 0 10 4 1 − k =    N m C   8.854187817 10 /( ) 1 2 2 2 0 =  C N m −  在[SI]中的库仑定律 的比例系数 称为真空电容率 或真空介电常量 q1 12 r  F21  F12  q2 （下一页） 9 2 2 8 98755 10 − k =   N m C 实验值 常取 12 1 0 8 85 10− −  =   F m

库仑力的叠加原理:实验表明,库仑力满足线性叠加 原理,即多个点电荷同时作用于一个点电荷的力等于 每个点电荷单独作用力之矢量和 q04 F 5=∑F=∑ 4丌 04 4 (下一页)

库仑力的叠加原理：实验表明，库仑力满足线性叠加 原理，即多个点电荷同时作用于一个点电荷的力等于 每个点电荷单独作用力之矢量和   = = = = n i n i i i i i r r q q F F 1 1 2 0 0 0 0 0 0 ˆ 4 1     q1 4 q q3 2 q o q O1 r  O2 r  O4 r  O3 r  F0  （下一页）

§83电场和电场强度 、电场 Electric field)及其物质性: 1.什么是电场?带电体周围空间存在的一种特殊的物质。其重 要性质之一就是当有外来电荷处于其中时会受到电场力的作用 电荷之间的相互作用是通过电场传递的,或者说电荷周围存在 有电场,引入该电场的任何带电体,都受到电场的作用力。 2.电场的物质性体现在 电荷之电场一电荷 a.电场会给处于其中的带电体施以力的作用; b.当带电体在电场中移动时,电场力会作功表明电场具有能 量,由相对论可知,电场具有质量; c.变化的电场以光速在空间传播,表明电场具有动量 具有动量、质量、能量,体现了它的物质性 3电场与实物之间的不同在于电场具有可叠加性 (下一页)

§8 -3 电场和电场强度 一、电场(Electric field)及其物质性： 1. 什么是电场？带电体周围空间存在的一种特殊的物质。其重 要性质之一就是当有外来电荷处于其中时会受到电场力的作用. 2. 电场的物质性体现在： a. 电场会给处于其中的带电体施以力的作用； b. 当带电体在电场中移动时，电场力会作功. 表明电场具有能 ==量， 由相对论可知，电场具有质量； c. 变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量。 电荷 电场 电荷 具有动量、质量、能量，体现了它的物质性. 3.电场与实物之间的不同在于电场具有可叠加性 电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在 有电场，引入该电场的任何带电体，都受到电场的作用力。 （下一页）