库仑定律静电场

主讲教师 翟峰fengzhai 041184706101 603 大学物理学 辅导教师 张贺攀王振伟张雅田华一 物理学的研究对象 物理 研究物质 能量及其相互作用的学科 23thIUPAP 物理与应用物理国际联合会 1999 3 16 21 空间尺度 宇宙 150亿光年 夸克 10 20m 时间跨度 150亿年 10 27s 硬 射线周期 速率范围 0 静止 3 108m s 光速 层展现象 温度 时间 10 44s 10 36s 10 10s 1s 1010y 105y 宇宙的演化 1032K 1028K 1015K 1010K 3500K 3K 二 物理学与技术 第三次世界物理学会 Berlin2000 物理学是我们认识世界的基础 是其他科学和绝大部分技术发展的直接或不可缺少的基础 物理学曾经是 现在是 将来也是全球技术和经济发展的主要驱动力 物理 技术发展的两种模式 技术 物理 技术 第一次工业革命 物理 技术 物理 电气化进程 信息技术的硬件部分几乎都以物理学成果为基础 20世纪的例子 电气工程 电力 电子 自动控制 三 大学物理学的学习 为学习其它学科建立基础理论 提高科学素质和能力 以适应高新技术和市场经济的发展 转产 转行 物理素质的体现 1 能从物理本质上对工程技术问题作出判断 2 能运用物理学的思想 观点 规律和方法于工程技术的实际问题中 3 能将物理学的新成果引入到工程技术中 学习目的 名家之言 他一定会更好适应进步和变化 A 爱因斯坦 发展独立思考和独立创新的一般能力 应当始终放在首位 而不应当把知识放在首位 如果一个人 掌握了他的学科的基础理论 并且学会了独立思考与工作 他必定会找到自己的道路 而且比起那些主要以获取细节 知识为其训练内容的人来 如何学习 如何区别真伪和 科学是一种方法 它教导我们 一些事物是怎样被了解的 R P 费曼 什么事情是已知的 现在 了解到什么程度 如何对待疑问和不确定性 证据服从 什么法则 如何思考事物 做出判断 表面现象 如何工作 记好笔记 高质量按时完成作业 学习方法 悟物穷理 想当然处问为什么 知其然更知其所以然 建立自己的物理图象 你听过的大多会忘记 你看过的能记住一些 只有你做过的才能真正理解 四 课程结构 电磁学 27 相对论 量子物理 传统计算机 操纵电子状态 控制电荷分布及运动 量子计算 已研制出16个量子比特的量子计算机 See quantumcomputingat16qubits New Nature2007 近代物理 21 自学 力学 光学 热学 学习成绩作业 15 独立完成考试 85 闭卷 填空 问答 计算电磁学 60 近代物理 40 参考书 张三慧主编 大学物理学 2003 伯克利物理学教程 教材 大学物理学 余虹主编 内容 27学时 一 静电场 恒定电场及基本性质 二 稳恒电流的磁场及基本性质三 电磁感应现象及规律四 Maxwell电磁场方程组电磁波 第二篇电磁学 Electromagnetics 实验规律 思路 1静电场高斯定理 2场强环路定理 3静电场中的导体 第7章静电场和恒定电场 4静电场中的电介质 5电容电容器 6静电场的能量 7恒定电场 电荷量子化 chargequantization 7 1静电场高斯定理 一 电荷 电子电量e 1 6 10 19C 夸克带电 e 3 2e 3 电荷仍然量子化 1906 1917年 密立根油滴实验证明 微小粒子带电量的变化不连续 1923Nobel 两种电荷 Why 完成作业1 电荷守恒定律 在一个和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 电荷守恒是物理学中普遍的基本定律 电荷的相对论不变性 带电体的电量测量结果与参照系选择无关 宏观物体带电源于微观粒子的状态和运动 宏观带电体电量远大于e 电荷连续分布 二 库仑定律 CoulombLaw 1785年 库仑通过扭秤实验得到 1 表述 在真空中 两个静止点电荷之间的相互作用力大小 与它们的电量的乘积成正比 与它们之间距离的平方成反比 作用力的方向沿着它们的联线 同号电荷相斥 异号电荷相吸 大小 从施力电荷1指向受力电荷2 电荷1对电荷2的力矢量 沿矢量的单位矢量 比例系数K 国际单位制 SI 有理化 真空介电常数 1 基本实验规律宏观 微观适用2 点电荷理想模型3 电力叠加原理 两个点电荷的作用力不因其它电荷的存在而改变 三 电场电场强度 静电力的作用方式 静止电荷周围存在电场 电场对放在其内的任何电荷都有作用力 试验电荷q0在场点P受力 与q无关 试验电荷 电量充分小 不影响源电荷分布 线度足够小 场点位置确定 静电场的存在不依赖于试验电荷 引入试验电荷是为了让静电场表现出来 侦查员 点电荷在外电场中受到的电场力 四 电场强度的计算 1 点电荷的场强根据库仑定律 场强定义 球对称 由库仑定律 由场强定义 从源电荷指向场点 场强方向正电荷受力方向 2 任意带电体的场强 情形1 点电荷系 第i个点电荷到场点的位置矢量 情形2 电荷连续分布的带电体 把带电体分解为许多个电荷元 然后利用场强叠加原理 电荷密度 体电荷密度 面电荷密度 线电荷密度 例1电偶极子的电场 书例7 2 一对等量异号电荷相距 电矩 求P点的电场 P点在中垂线上 矢量形式 例2 均匀带电直线的电场 r 条件 均匀带电直线总电量为Q 线外一点p离开直线的垂直距离为a p点和直线两端的连线与直线之间的夹角分别为和 求p点的场强 Q 解 取线电荷元 电荷线密度 直线无限长 轴对称分布的电荷产生的电场 与对称轴垂直的同心圆上各点 相同 大小相同方向如图 例3 均匀带电圆环 半径为R 带电量为Q 求圆环轴线上任一点的电场度 x 解 X 各线电荷元的垂直分量互相抵消 方向沿着X轴 当时 远离环心处的电场也相当于一个