第九章--静电场

1、1 人类对电和磁的认识可追溯到2000多年前。 古代的中国人和希腊人早就知道静电现象，知道磁石的吸引和排斥现象。 中国发明的指南针就是一个证明。 文艺复兴开始之后才对电和磁进行科学、系统的研究。2 1600年前后，英国医生吉尔伯特对磁和电做了初步的科学研究. 他指出：任何磁体都同时存在两极，没有单磁极存在。 他发现了铁的磁化现象。 吉尔伯特还正确地指出，地球是一个大磁体。 他研究了摩擦起电现象，发明了第一个验电器。 英文中电这个词，就是吉尔伯特最先提出来的，它来自希腊文“琥珀”一词的译音，这是由于古代最早的摩擦起电实验，就是希腊人用琥珀做的3 定定 量量 研研 究究 从1785年库仑研究电荷之

2、间的相互作用算起. 其后泊松、高斯等人研究相成了静电场理论 1786年伽伐尼发现了电流， 后经伏特、欧姆、法拉第等人发现了关于电流的定律。 1820年奥斯特发现了电流的磁效应， 很快毕奥、萨伐尔、安培、拉普拉斯等进一步做了定量研究。 1831年法拉第发现了电磁感应现象，提出了场和力线的概念，进一步揭示了电和磁的联系。 迈克斯韦集前人之大成，建立电磁方程组成为整个电磁学的基础。4 电电 磁磁 学学 （Electromagnetism） 研究研究:电磁现象电磁现象的的 基本概念基本概念和和基本规律基本规律 电场和磁场的相互联系；电场和磁场的相互联系； 电磁场对电荷、电流的作用；电磁场对电荷、电流的

3、作用； 电磁场对物质的各种效应电磁场对物质的各种效应。 电荷、电流产生电场和磁场的规律；电荷、电流产生电场和磁场的规律；5 处理电磁学问题的基本观点和方法处理电磁学问题的基本观点和方法着眼于场的分布着眼于场的分布（一般）（一般）归纳归纳假设假设 电磁学的教学内容电磁学的教学内容: 静电学（真空、电介质、导体）静电学（真空、电介质、导体） 稳定磁场稳定磁场 （真空、磁介质）（真空、磁介质） 电磁感应电磁感应 电磁场与电磁波电磁场与电磁波 对象：对象：弥散于空间的电磁场，弥散于空间的电磁场，方法：方法： 基本实验规律基本实验规律综合的普遍规律综合的普遍规律（特殊）（特殊）6第九章第九章（Inten

4、sity of Electrostatic Field in Vacuum） 静电场静电场 静电场静电场 相对相对观测者观测者静止的电荷产生的电场静止的电荷产生的电场79.1 电荷的量子化、电荷守恒定律电荷的量子化、电荷守恒定律9.2 库仑定律库仑定律9.3 电场和电场强度电场和电场强度 9.4 电场强度通量电场强度通量 高斯定理高斯定理 9.5 静电场的环路定理静电场的环路定理 电势能电势能 9.6 电势电势 9.7 电场强度与电势梯度电场强度与电势梯度本章目录本章目录8一一 电荷电荷 强子的强子的夸克模型夸克模型具有具有分数电荷分数电荷（ 或或 电子电荷）电子电荷）但实验上尚未直接证明但实

5、验上尚未直接证明. .3132基本性质基本性质C10602. 119e2 2 同种相斥，异种相吸同种相斥，异种相吸3 3 电荷量子化；电荷量子化； 1 1 电荷的种类：电荷的种类：有正、负之分；有正、负之分；), 3 , 2, 1(nneq电荷的基本单元电荷的基本单元：一个电子电量的绝对值：一个电子电量的绝对值富兰克林富兰克林汤姆孙汤姆孙1897、密立根、密立根19139.1 电荷、电荷守恒定律电荷、电荷守恒定律9二二 电荷守恒定律电荷守恒定律 在在孤立孤立系统中系统中, ,电荷的代数和保持不变电荷的代数和保持不变. .（自然界的基本守恒定律之一）（自然界的基本守恒定律之一）三三 电荷相对论不

6、变性电荷相对论不变性 在不同的参考系内观察，同一带电粒子的电量不变。在不同的参考系内观察，同一带电粒子的电量不变。101q12r12r21F12F 一一. 点电荷模型点电荷模型d）（12rd 21F12F2q1q2q9.2 库仑定律库仑定律（Coulomb s law） 在在真空中真空中，两个，两个静止的点电荷静止的点电荷之间的相互作之间的相互作用力，其大小与点电荷的电量用力，其大小与点电荷的电量乘积成正比乘积成正比，与两，与两电荷间距离的电荷间距离的平方成反比平方成反比。作用力在两电荷的。作用力在两电荷的连连线上线上，同号电荷相斥，异号电荷相吸。，同号电荷相斥，异号电荷相吸。2 2、数学表达

7、数学表达：122122112erqqkF17851785年年, , 库仑利用扭称实验直接测定两个带电球库仑利用扭称实验直接测定两个带电球体之间的相互作用力的规律体之间的相互作用力的规律二、库仑定律二、库仑定律1. 1. 文字表述文字表述1q2q12r12e12q1q2 0, , 与与 同向；同向；q1q2 EBVA VBEA EBVA VB87+ + + + + + + + + + + + 88+891 1、积分关系、积分关系BABAABlEVVUd2 2、微分关系、微分关系VVEgradkzVjyVixV zkyjxi903 3）为我们了提供一种计算场强的方法）为我们了提供一种计算场强的方法

8、2 2）“-”-”号表示场强指向电势降落的方号表示场强指向电势降落的方向向1 1）电势不变的空间，电场强度为零）电势不变的空间，电场强度为零kzVjyVixVkEjEiEEzyx 91 二二 理解理解高斯定理及静电场的环路定理是静电场高斯定理及静电场的环路定理是静电场的两个重要定理，它们表明静电场是的两个重要定理，它们表明静电场是有源有源场和场和保守保守场场. 三三 掌握掌握用点电荷电场强度和叠加原理以及高斯用点电荷电场强度和叠加原理以及高斯定理求解带电系统电场强度的方法；并能用电场强度定理求解带电系统电场强度的方法；并能用电场强度与电势梯度的关系求解较简单带电系统的电场强度与电势梯度的关系求

9、解较简单带电系统的电场强度. 四四 掌握掌握用点电荷和叠加原理以及电势的定义式用点电荷和叠加原理以及电势的定义式求解带电系统电势的方法求解带电系统电势的方法. 五五 了解了解电偶极子概念，能计算电偶极子在均匀电偶极子概念，能计算电偶极子在均匀电场中的受力和运动电场中的受力和运动. 一一 掌握掌握描述静电场的两个物理量描述静电场的两个物理量电场强度电场强度和和电势电势的概念，的概念，理解理解电场强度电场强度 是矢量点函数，而是矢量点函数，而电势电势V 则是标量点函数则是标量点函数.E92真空中静电场小结提纲真空中静电场小结提纲一一. 线索（基本定律、定理）：线索（基本定律、定理）： iEEqFE

10、0/库仑定律库仑定律还有电荷守恒定律，它时刻都起作用。还有电荷守恒定律，它时刻都起作用。 iirireqEi204 LSlEqsE0dd0 内内93从受力从受力的角度的角度描述描述 电电 场场从功能从功能的角度的角度描述描述定定量量描描述述EqF 力力形形象象描描述述电场线电场线等势面等势面1）相互垂直）相互垂直2）电场线密）电场线密 等势面也密等势面也密Ee SeSEd二二. 基本物理量之间的关系：基本物理量之间的关系：VaEVAlEAVP dgr 0 d VA能能AqVPAE94三三. 求场强的方法：求场强的方法：VEsqsEqqrreEiiEEE 0d d204 .1微分法：内高斯定理法：；，叠加法：求95。），（零点要同）；叠加法：；分段，积分也要分段）（场强积分法：求 0 4d d0 . 20)()(VqrqViVVElEAVViA96例：例：质量为质量为M的带电质点，开始质点做自由落体运动。的带电质点，开始质点做自由落体运动。若若M下落