山东大学：《电磁学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一章 静电场

一静电场 第一章静电场

一静电场 1.1静电的基本现象和基本规律 111两种电荷( electric charge) 同种电荷互相排斥、异种电荷互相吸引 正电荷:用绸子摩擦过的玻璃棒所带的电荷 负电荷ε用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷 LL.2静电感应电荷守恒定律 ◆静电感应: ◆电荷守恒定律( aw of electric charge conservation): 电荷既不能被创造,也不能被消灭,它们只能从 个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转 移到另一部分,也就是说,在任何物理过程中,电荷 的代数和是守恒的

1.1.1 两种电荷(electric charge) 同种电荷互相排斥、异种电荷互相吸引 正电荷：用绸子摩擦过的玻璃棒所带的电荷 负电荷：用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷 1.1 静电的基本现象和基本规律 1.1.2 静电感应 电荷守恒定律 ◆静电感应： ◆电荷守恒定律(law of electric charge conservation)： 电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从 一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转 移到另一部分， 也就是说，在任何物理过程中，电荷 的代数和是守恒的

一静电场 113导体、绝缘体和半导体 ◆导体:电荷能够从产生的地方迅速转移或传导到其他 部分的那种物体 ◆绝缘体:电荷几乎只能停留在产生的地方的那种物体 ◆半导体:物质的导电能力介于导体和绝缘体之间,而 且对温度、光照、杂质、压力、电磁场等外加条件极为 敏感

1.1.3 导体 、绝缘体和半导体 ◆导体：电荷能够从产生的地方迅速转移或传导到其他 部分的那种物体 ◆绝缘体：电荷几乎只能停留在产生的地方的那种物体 ◆半导体：物质的导电能力介于导体和绝缘体之间，而 且对温度、光照、杂质、压力、电磁场等外加条件极为 敏感

一静电场 114物质的电结构 ◆自由电子:在金属导体里,原子中的最外层电子(价电子) 可以摆脱原子的束缚,在整个导体中自由运动 ◆原子实:原子中除价电子外的其余部分 ◆晶格或晶体点阵:在固态金属中原子实排列成整齐的点阵 ◆自由电荷:一切导体所以能够导电,是因为它们内部都存 在着可以自由移动的电荷 ◆束缚电荷:在绝缘体中,绝大部分电荷都只能在一个原子 或分子的范围内做微小的位移

1.1.4 物质的电结构 ◆自由电子：在金属导体里，原子中的最外层电子（价电子） 可以摆脱原子的束缚，在整个导体中自由运动 ◆原子实：原子中除价电子外的其余部分 ◆晶格或晶体点阵：在固态金属中原子实排列成整齐的点阵 ◆自由电荷：一切导体所以能够导电，是因为它们内部都存 在着可以自由移动的电荷 ◆束缚电荷：在绝缘体中，绝大部分电荷都只能在一个原子 或分子的范围内做微小的位移

一静电场 ◆载流子:在半导体中导电的粒子,除带负电的电子外, 还有带正电的“空穴” ◆n型半导体:导体中多数载流子是电子 ◆p型半导体:导体中多数载流子是“空穴” ◆量子化:电荷的量值是不连续的 ◆元电荷:电荷的量值有个基本单元,即一个质子或 个电子所带电荷量的绝对值e 每个原子核、原子或离子、分子,以至宏观物体 所带的电荷量,都只能是这个元电荷e的整数倍 e=1602176487(40)×10C

◆载流子：在半导体中导电的粒子，除带负电的电子外， 还有带正电的“空穴” ◆n型半导体：导体中多数载流子是电子 ◆p型半导体：导体中多数载流子是“空穴” ◆量子化：电荷的量值是不连续的 ◆元电荷：电荷的量值有个基本单元，即一个质子或一 个电子所带电荷量的绝对值e 每个原子核、原子或离子、分子，以至宏观物体 所带的电荷量，都只能是这个元电荷e的整数倍 19 e 1.602176487(40) 10 C − = 

一静电场 15库仑定律( Coulumblaw) ●适用条件:真空中点电荷间相互作用的规律 ●点电荷:当带电体( electrified body, charged body)本身 的几何线度比起它到其他带电体的距离小很多时,则称其 为点电荷。 ●库仑定律:在真空中,两个静止的点电荷之间的相互作用 力的大小和它们的电荷量的乘积成正比,和它们之间距离 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。 F=k g9 q 式中k是比例系数,它的数值取决于式中各量的单位

1.1.5 库仑定律(Coulumblaw) ⚫适用条件：真空中点电荷间相互作用的规律 ⚫点电荷：当带电体(electrified body, charged body)本身 的几何线度比起它到其他带电体的距离小很多时，则称其 为点电荷。 ⚫库仑定律：在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用 力的大小和它们的电荷量的乘积成正比，和它们之间距离 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。 1 2 F k 2 q q r = q1 q2 r 式中k是比例系数，它的数值取决于式中各量的单位

一静电场 F2=k292 12 k q142 21 2 21 由于e21=e1所以F21=F1这是一对作 用力和反作用力,即静止电荷之间的库仑力满足 牛顿第三定律

1 2 12 2 12 k q q F e r = 1 2 21 2 21 k q q F e r = e e 21 12 F F 21 12 由于 = − = − ，所以 ，这是一对作 用力和反作用力,即静止电荷之间的库仑力满足 牛顿第三定律

一静电场 >讨论 在MKSA单位制中(国际单位制(SI)的一部分) k 4兀E0 k=8.99×10N.m2/C2 库仑定律可写作 1q1q2 4元 E0=885×10C/(Nm)为真空介电常量或真空电容率 适用范围:宏观带电体和微观粒子

➢讨论 ⚫在MKSA单位制中（国际单位制（ＳＩ）的一部分） 库仑定律可写作 ⚫适用范围：宏观带电体和微观粒子 0 1 4 k   = 12 2 2 0  8.85 / ( 10 C N m − =   )为真空介电常量或真空电容率 1 2 2 0 1 4 F q q r  = 9 2 2 k =   8.99 10 N m / C

一静电场 1.2电场电场强度 1.2.1电场( electric field) >相隔一定距离的两个带电体之间有电力的作用 电荷与电荷之间通过电场发生相互作用: 电荷◇电场今电荷 >电场的基本性质:对于处在其中的任何其他电荷都有作 用力,称为电场力 >电场可以叠加 >静电场:相对于观察者静止的电荷在其周围空间产生的 电场

1.2.1 电场(electric field) ➢相隔一定距离的两个带电体之间有电力的作用 ➢电荷与电荷之间通过电场发生相互作用: ➢电场的基本性质：对于处在其中的任何其他电荷都有作 用力，称为电场力 ➢电场可以叠加 ➢静电场：相对于观察者静止的电荷在其周围空间产生的 电场 电荷   电场 电荷 1.2 电场 电场强度

一静电场 1,22电场强度( electric field intensity)矢量E 引入试探电荷q。(电荷量充分小,点电荷),做如下试验: (1)不同场点,q受力大小和方向均可不同 (2)同一场点,改变q电量,受力方向不变,比值不变 定义电场强度(简称场强)(矢量) E 单位:牛顿/库仑(N/C) 大小:单位电荷在该处所受电场力的大小 方向:与正电荷在该处所受电场力的方向一致 均匀电场:电场中空间各点的场强大小和方向都相同

1.2.2 电场强度(electric field intensity)矢量E ➢引入试探电荷 （电荷量充分小，点电荷），做如下试验： （1）不同场点， 受力大小和方向均可不同 （2）同一场点，改变 电量，受力方向不变， 比值不变 ➢定义电场强度（简称场强） （矢量） 单位：牛顿/库仑（N/C) 大小：单位电荷在该处所受电场力的大小 方向：与正电荷在该处所受电场力的方向一致 ➢均匀电场：电场中空间各点的场强大小和方向都相同 0 q 0 F q 0 F E q = 0 q 0 q