电磁学静电场

电磁学静电场第1页，课件共39页，创作于2023年2月答疑时间：

1~5，8~10周周五下午5：00~6：00答疑地点：二校区：教七楼114

大学物理（2）考核方式为期末闭卷考试。作业期末考试定于第11周或12周周末，具体安排另行通知

第2页，课件共39页，创作于2023年2月本学期内容（38学时）第五篇

量子物理（部分内容）6学时第三篇电磁学32学时

第3页，课件共39页，创作于2023年2月电磁学第4页，课件共39页，创作于2023年2月电磁学研究电磁现象规律的学科电荷、电流产生电场、磁场的规律，电场和磁场的相互联系，电磁场对电荷、电流的作用，电磁场对物质的各种效应。

第5页，课件共39页，创作于2023年2月第一章真空中的静电场

§1.1电荷

§1.2库仑定律与叠加原理

§1.3电场电场强度

§1.4静电场及其叠加

§1.5电场线和电通量

§1.6高斯定理

§1.7利用高斯定律求静电场的分布第6页，课件共39页，创作于2023年2月一.电荷的基本性质§1.1电荷1.电荷的种类（正电荷、负电荷）带电体所带电荷数量的多少称为电量，用Q或q表示，单位为库仑（C）；2.电荷量子化1906～1917年，密立根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。第7页，课件共39页，创作于2023年2月基本电荷e=1.6×10-19C电子：Q=-e=-1.6×10-19C质子：Q=e=1.6×10-19C

电荷量子化：迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电荷，质子是最小的正电荷。近代物理从理论上预言两种夸克的存在宏观的电磁规律认为宏观带电体的电荷是连续分布的点电荷——带电体本身的线度比所研究的问题中所涉及的距离小的多时第8页，课件共39页，创作于2023年2月

电荷守恒定律的表述：在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负电荷电量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)，是物理学中普遍的基本定律之一。3.电荷守恒定律四、电荷的相对论不变性：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的相对论不变性。第9页，课件共39页，创作于2023年2月§1.2

库仑定律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：1785年，库仑通过扭称实验得到。第10页，课件共39页，创作于2023年2月电荷2受电荷1的力为从电荷1指向电荷2的单位矢量.若表示电荷1受电荷2的力，表达式为为从电荷2指向电荷1的单位矢量.矢量表示：第11页，课件共39页，创作于2023年2月K的一种常用形式：令国际单位制（SI）中：真空介电常量有理化库仑定律对空气中的点电荷也成立第12页，课件共39页，创作于2023年2月实验表明，库仑力满足线性叠加原理，即不因第三者的存在而改变两者之间的相互作用。2.静电力的叠加原理：第13页，课件共39页，创作于2023年2月§1.3电场电场强度

“电力”是怎样传递的？早期：电磁理论是超距作用理论电荷电荷后来:法拉第提出近距作用

并提出力线和场的概念电荷电场电荷一.电场及其物质性场的物质性：

给电场中的带电体施以力的作用。

当带电体在电场中移动时，电场力作功，场具有能量。

变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量第14页，课件共39页，创作于2023年2月电场具有动量、能量，体现了它的物质性.静止电荷产生的场叫做静电场二.电场强度试验电荷电量充分地小线度足够地小条件试验电荷放到场点P处，受力为实验表明：确定场点比值

与试验电荷无关第15页，课件共39页，创作于2023年2月定义：电场强度

物理意义：单位正电荷在电场中某点所受到的力。反映电场本身的性质场强单位：[N/C]、[V/m]1N/C=1V/m

为一矢量场

点电荷q在外场中受的电场力

第16页，课件共39页，创作于2023年2月三、场强的叠加原理当电场是由多个点电荷形成的，则试验电荷受的力为：由场强定义：场强叠加原理：在多个点电荷产生的电场中某点的电场强度等于每个点电荷单独存在时在该点所产生的电场强度的矢量和。第17页，课件共39页，创作于2023年2月§1.4静止的点电荷的电场及其叠加由库仑定律：由场强定义：2）

为从场源电荷指向场点的单位矢量由上述两式得1）球对称根据库仑定律和场强的定义第18页，课件共39页，创作于2023年2月1)如果带电体由n

个点电荷组成，如图由场强的叠加原理任意带电体的场强E=？第19页，课件共39页，创作于2023年2月

点电荷系的场强分量形式第20页，课件共39页，创作于2023年2月

连续带电体的场强P把带电体看作是由许多个电荷元组成电荷分布体电荷分布面电荷分布线电荷分布第21页，课件共39页，创作于2023年2月第22页，课件共39页，创作于2023年2月例1：如图，求O点的电场强度。方向如图所示解：且由题及点电荷场强的特点知：····e-ee-eaO故EO方向如图所示第23页，课件共39页，创作于2023年2月例2求电偶极子在其中垂线上及延长线上任一点的场强.一对等量异号电荷，相距为l，当从它们到所讨论的场点的距离比l

大得多时，这一对等量异号电荷称为电偶极子。定义电偶极矩：第24页，课件共39页，创作于2023年2月分量法求解1.对中垂线上任一点p由对称性知：r+rr-E+pE-aaxy第25页，课件共39页，创作于2023年2月r+rr-E+pE-aaxy

垂直平分线上的一点电偶极子中垂线上距离电偶极子中心较远处各点的电场强度与电偶极子的极矩成正比，与该点到电偶极子中心的距离的三次方成反比，方向与电矩的方向相反第26页，课件共39页，创作于2023年2月2.对延长线上任一点ppr第27页，课件共39页，创作于2023年2月例3、求均匀带电细棒中垂线上一点的场强。设棒长为,带电量，电荷线密度为第28页，课件共39页，创作于2023年2月统一变量：将各变量均用q表示第29页，课件共39页，创作于2023年2月电场的方向垂直于带电直线指向远离直线的一方推广：均匀带电细棒中垂面上一点的场强第30页，课件共39页，创作于2023年2月均匀带电细棒可以看成无限长无限长均匀带电细棒的场强为：相当于点电荷的场强。第31页，课件共39页，创作于2023年2月例4.均匀带电圆环轴线上的场(Q、R)解：1）在圆环上任取电荷元dq由对称性分析知：dEdEr方向如图第32页，课件共39页，创作于2023年2月dEdEr特例：圆心处x=0，Eo=0第33页，课件共39页，创作于2023年2月E的方向为沿着轴线指向远方当相当于点电荷的场强。第34页，课件共39页，创作于2023年2月例5均匀带电圆盘轴线上一点的场强。设圆盘带电量为q，半径为R解：带电圆盘可看成许多同心的圆环组成，取一半径为r，宽度为dr的细圆环,其上所带电量为dEx第35页，课件共39页，创作于2023年2月相当于无限大带电平面附近的电场，可看成是均匀场，场强垂直于板面，方向由电荷的符号决定。讨论：当即无限大均匀带电面在其两侧激发大小相等、方向相反的电场。当相当于点电荷的场强。第36页，课件共39页，创作于2023年2月通过以上例题1)清晰以点电荷电场公式为基础，利用场强叠加原理求点电荷系或连续带电体场分布的步骤2)典型的解作为基本结论记住并且能熟练使用。

第37页，课件共39页，创作于2023年2月O

r+

电偶极子在均匀电场中所受力矩因l极小，总可认为电偶子所在处场强均匀力矩M为：

F+=qE

，F-=-qE

M=2[qE(l/2)sin]r-

力