新编物理学基础_王少杰_顾牡编物理9章课件ppt

第四篇 电 磁 学电磁学(electromagnetics)是研究电磁相互作用及其 运动规律的。主要特点：研究对象不再是分离的实物，而是连 续分布的场，用空间函数 ( 如E , U , B 等 )来描述。 静电场

电磁学

恒定磁场 变化中的电磁场

第九章

电荷与真空中的静电场Electrostatic field

太阳风中高能离子沿着磁力 线侵入地球的极区在地球两 极的上层大气中放电而产生 的极光。

雷电

电鳗

Whenever you turn on a light, listen to recorded music, or watch a motion picture you are enjoying one of the discoveries of Thomas Alva Edison.

9-1 电 荷

库 仑 定 律

两种电荷：正电荷和负电荷 同号相斥、异号相吸电荷量：物体带电的多少，以q 或Q 来表示 单位：库(C)

一、电荷的量子化 在自然界中，电荷总是以一个基本电量的整数倍出现。 电子电荷的绝对值 q = ±n e e =1.602×10-19 C 1913年，密立根设计了油滴实验，首先直接测定 了此基元电荷的量值。夸克、反夸克具有的电量为±e/3或±2e/3。

二、电荷守恒定律在一个与外界没有电荷交换的系统内，无论进行怎 样的物理过程，系统内正、负电荷量的代数和总是保 持不变 电荷守恒定律。

三、真空中的库仑定律 1785 年，库仑 (A.de.Coulomb) 通过扭称实验总结出 f 真空中点电荷之间相互作用的静电力所服从的基本规 律—库仑定律 。 1、点电荷 ( Point Charge ) 在具体问题中，当带电体的形状和大小与它们之间 的距离相比允许忽略时，可以把带电体看作点电荷。 2、库仑定律 (Coulomb`s Law)

?

q1

r12

q2

F12

F21

q1q2 F12 2 r12

在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力的 大小与它们电荷的乘积成正比，与它们之间距离的平 方成反比；作用力的方向沿着两点电荷的连线，同号 电荷相斥，异号电荷相吸。

q1

F21k=

e121

r12

q2

q1q2 F12 k 2 e12 F21 r12N· m2

F12

8.98755×109

· C-2

1

F

q1q2 er 2 4 0 r

4 0

库仑定律是 全部静电学 的基础

0= 8.85×10-12C2 · N-1· m-2 称为真空中的电容率。

9-2 电场和电场强度 一、电场 Electric Field不需要时间 1、超距作用理论 电荷

不需要介质

√

?电荷场 电荷

2、法拉第提出近距作用, 并提出力线和场的概念 电荷

在任何电荷的周围，都存在一种特殊的物质—电场。 电场是物质的一种特殊形态，弥散在整个空间，我们 可以通过电场对电荷的作用来认识电场。

力的作用 — 电场强度 电场 电荷 功的作用 — 电势

二、电场强度 Electric Field Strength ★试验电荷q0 :电荷量足够小的点电荷在电场中某一确定位置， F q0 恒量 , 与q0的大小无关， 仅与该点电场性

质有关。 F E —— 电场强度 q0

q0

F q0 F 2F 2q0

F

q0 Q 3q0

3F

单位：牛/库 ( N/C )

电场中 某点电 场强度

大小 单位电荷在该点受力的大小 方向 正电荷在该点受力的方向

只要有电荷就有电场存在, 与是否引入检验电荷无关

三、点电荷与点电荷系的电场强度 1、点电荷的电场强度

1 Qq0 er 2 4 π 0 r F 1 Q E e 2 r q0 4 π 0 r

F

Q Q

r

q0

E r

E

Fq0

E

Q

E

Q

2、电场强度叠加原理 点电荷 qi 对

q0 的作用力

q1

Fi

由力的叠加原理得 q0 所受合力 F Fi F q0 处总电场强度 E Fi q0 i q0 电场强度的叠加原理 E Ei i

1 qi q0 ei 2 4 π 0 ri

q2 q3

r2 q r3 0

r1

F3 F2 F1

i

qi e 2 i 4 0 i ri 1

*电偶极子的电场强度 r0 — 电偶极子的轴 q r q 0 p qr0 — 电偶极矩 求电偶极子轴线延长线上一点和轴线的中垂线上一 点的场强。 q r0 q E A E 1 q 1 q o x E i E i x 2 4 0 r 4 0 r 2 q 1 1 2 x r0 q EA [ ]i 4 0 ( x r0 ) 2 ( x r0 ) 2 4 0 ( x 2 r02 / 4) 2 x 2 2 2 2 q r 1 1 p 0 当x r0时 : E A 3 4 0 x 2 0 x 3

q E E 4 0 y 2 (r0 2) 2

1

y E EB E y

EB 2E cos i r0 / 2 2q i2 2 2 3/ 2 4 0 ( y r0 / 4) y当y r0时 :

B

q q r 0

x

q r0 p EB 3 4 0 y 4 0 y 3