高二下学期物理强基培训：库仑定律和电场强度

COSMOS库仑定律和电场强度强基培训-静电场目录1、库仑定律2、电场和电场强度3、电场强度的计算和场强叠加原理4、结论相对于观察者为静止的电荷称为静电荷。它在空间所产生的场为静电场，它是电磁场的一种特殊状态。重点讨论真空中的静电场。现在我们开始学习“强基培训”中的“静电场”部分第一节库仑定律第一节库仑定律---是产生电磁场的源；1.两种电荷产生电荷的方法:摩擦起电和静电感应第一节

库仑定律正电荷

负电荷适用于一切宏观和微观过程(例如核反应和基本粒子过程)，是自然界中普遍的基本定律之一。表述：2.电荷守恒定律在一个与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。一、电荷摩擦起电3.电荷量子化1906～1917年，密立根（R.A.millikan)用液滴法测定了电子电荷e，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。迄今所知，电子是经实验验证的自然界中存在的最小负电荷，质子是最小的正电荷。1986年的推荐值为：e=1.60217733×10-19库仑(C)第一节库仑定律1、点电荷（理想模型）

当带电体的大小和带电体之间的距离相比很小时，这种带电体就可看作点电荷。（忽略其形状和大小）2、定律内容

真空中两个静止点电荷相互作用力大小:与电量乘积成正比与距离平方成反比方向:沿着电荷的连线方向

库仑力满足牛顿第三定律二、库仑定律（静电场的基本实验规律）第一节库仑定律

q1q2

3、库仑力的方向

4、库仑定律

第一节库仑定律

实验值在[SI]中的库仑定律的比例系数称为真空电容率或真空介电常量

5、静电力的叠加原理

第一节库仑定律

所以库仑力与万有引力数值之比为

考虑带电粒子间的相互作用力时，

可忽略万有引力。

电子与质子之间的万有引力为

(N)电子与质子之间静电力（库仑力）为吸引力(N)例1:在氢原子中，电子与质子的距离为5.3×10-11米，试求静电引力及万有引力，并比较这两个力的数量关系。解：由于电子与质子之间距离约为它们自身直径的105倍，因而可将电子、质子看成点电荷。第一节库仑定律第二节电场和电场强度外来电荷处于其中时会受到电场力的作用.电荷电场电荷带电体周围空间存在的一种特殊的物质。电场与实物之间的不同在于电场具有可叠加性第二节电场和电场强度第二节

电场和电场强度一、电场及其物质性如：温度场、引力场、速度场、电场、磁场等。代表场的性质物理量标量场矢量场场具有可入性——可叠加性某一个物理量的空间分布场量第二节电场和电场强度二、场

场强与试验电荷无关，反映电场本身的性质。1.试验电荷

2、电场强度的定义如何检验电场的存在和描述电场的强弱？利用“电场对处于其中的电荷有力的作用”这一性质。

本身携带电荷足够小的点电荷。牛顿/库仑N/C伏特/米

V/m第二节电场和电场强度三、电场强度——描述电场强弱的物理量第三节电场强度的计算和场强叠加原理1、点电荷产生的电场强度位矢

场点

场源电荷

沿矢径指向外沿矢径指向内

球面对称性第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理第三节

电场强度的计算和场强叠加原理2、场强叠加原理点电荷系统连续带电体

电场是一个矢量场

所以总场强第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理例2：如图所示：电荷q均匀地分布在长为L的细棒上，求：（1）棒延长线上P点的电场；（2）P点的电势。（3)把一点电荷q0放在P点，它所受的电场力是多少？解：建立坐标系。设杆的左端为坐标原点O，x轴沿直杆方向．第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理在x处取一电荷元：dq=ldx=qdx/L，它在P点的场强：

总场强：

方向沿x轴，即杆的延长线方向．等量异号电荷+q

、-q

，相距为

l，它相对于求场点很小，称该带电体系为电偶极子。

例2：求电偶极子中垂线上距离中心较远处一点的场强第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理

3、连续带电体产生电场中的场强：将带电体分成很多元电荷

dq

,先求出dq在任意场点

p的场强再对场源求积分，可得总场强：

积分法求场强的一般步骤：1）根据带电体的形状，选取合适的电荷元dq；2）写出dq产生的元场强dE，并搞清dE的方向是否变化；3）如dE的方向是变化的，将dE向各坐标轴方向分解得到元分量；4）对各元分量分别进行积分，得到总场强的分量；5）将各分量合成，得到总场强E，并加以适当的讨论。第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理电荷的体密度电荷的面密度电荷的线密度4、三种常见的带电体及其场强计算公式：

线分布面分布体分布

第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理5、空间对称性与电场强度的分布空间：包括场源电荷在内的物理空间对称性：

如球面对称性、平面对称性、柱面对称性等。在具有某种对称性的物理空间中存在的物理量，也会具有与该物理空间相应的对称性。第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理例3、设有一均匀带电直线，长度为L,总电荷量为q,线外一点P离开直线的垂直距离为d,P点和直线两端的连线与直线之间的夹角分别为θ1和θ2。求P点的电场强度第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理xyaP

1

2OABxdxdE

r

dExdEy第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理解：

第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理

无限长带电直线：

1=

0，

2=

已知q,L,a

例4、求均匀带电细杆延长线上一点的场强略解：第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理例5、求均匀带电半圆环圆心处的

，已知R、

例6、求均匀带电一细圆弧圆心处的场强，已知

，

,R

第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理

=根据对称性

电荷元dq产生的场解.例5、求均匀带电半圆环圆心处的，已知R、

第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理

=

解.取电荷元dq则

由对称性方向：沿Y轴负向

例6、求均匀带电一细圆弧圆心处的场强，已知

，

,R

第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理例7、电荷q均匀地分布在一半径为R的圆环上。计算在圆环的轴线上离圆环中心O距离为x的P点的场强。第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理xxROdE

dE||

dErdqP第三节电场电场强度的计算和场强叠加原理解：

例8、均匀带电圆盘，半径为R，电荷面密度为。求轴线离圆盘中心O距离为x的P点的电场强度。第三节电场电场强度的计算和