電磁學(xué)Electromagnetism研究物質(zhì)電磁運(yùn)動(dòng)、電磁相互作用規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。靜止電荷的電場(chǎng)(第5章）恒定電流的磁場(chǎng)（第6章）

電磁感應(yīng)電磁場(chǎng)理論（第7章）麥克斯韋電磁場(chǎng)理論第五章靜止電荷的電場(chǎng)(ElectrostaticField)真空中的靜電場(chǎng)（1-5）靜電場(chǎng)的能量（10）靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)（8-9）靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體（6-7）

真空中的靜電場(chǎng)[基本要求]

1.搞清電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)這兩個(gè)基本概念和它們之間的聯(lián)系；

2.掌握反映靜電場(chǎng)性質(zhì)的兩個(gè)基本定理—高斯定理和靜電場(chǎng)的環(huán)路定理的重要意義及應(yīng)用；

3.學(xué)會(huì)從已知的電荷分布求場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)的分布?！?-1

電荷庫(kù)侖定律一.電荷(Electriccharge)

1.正負(fù)性兩種2.量子性(chargequantization)1913年，密立根用液滴法從實(shí)驗(yàn)中測(cè)出所有電子都具有相同的電荷，而且?guī)щ婓w的電荷是電子電荷的整數(shù)倍。電荷的這種只能取離散的、不連續(xù)的量值的性質(zhì)，叫作電荷的量子化。電子的電荷e

稱為基元電荷，或電荷的量子。電子電量e帶電體電量q=ne,n=1,2,3,...

單位是C，稱為庫(kù)侖，簡(jiǎn)稱庫(kù)3.守恒性(Chargeconservation)

在一個(gè)孤立系統(tǒng)中總電荷量是不變的。即在任何時(shí)刻系統(tǒng)中的正電荷與負(fù)電荷的代數(shù)和保持不變，這稱為電荷守恒定律。4.相對(duì)論不變性電荷的電量與它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)

1986年國(guó)際推薦值近似值例如庫(kù)侖(Charles-AugustindeCoulomb1736~1806)法國(guó)物理學(xué)家1773年提出的計(jì)算物體上應(yīng)力和應(yīng)變分布情況的方法，是結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。1779年對(duì)摩擦力進(jìn)行分析，提出有關(guān)潤(rùn)滑劑的科學(xué)理論。1785~1789年，用扭秤測(cè)量靜電力和磁力，導(dǎo)出著名的庫(kù)侖定律。他還通過(guò)對(duì)滾動(dòng)和滑動(dòng)摩擦的實(shí)驗(yàn)研究，得出摩擦定律。二.庫(kù)侖定律(Coulomb’sLaw)

庫(kù)侖

(Charlse-AugustindeCoulomb1736~1806)

法國(guó)工程師、物理學(xué)家。1736年6月14日生于法國(guó)昂古萊姆。1806年8月23日在巴黎逝世。

早年就讀于美西也爾工程學(xué)校。離開(kāi)學(xué)校后，進(jìn)入皇家軍事工程隊(duì)當(dāng)工程師。法國(guó)大革命時(shí)期，庫(kù)侖辭去一切職務(wù)，到布盧瓦致力于科學(xué)研究。法皇執(zhí)政統(tǒng)治期間，回到巴黎成為新建的研究院成員。

1773年發(fā)表有關(guān)材料強(qiáng)度的論文，所提出的計(jì)算物體上應(yīng)力和應(yīng)變分布情況的方法沿用到現(xiàn)在，是結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。1777年開(kāi)始研究靜電和磁力問(wèn)題。當(dāng)時(shí)法國(guó)科學(xué)院懸賞征求改良航海指南針中的磁針問(wèn)題。庫(kù)侖認(rèn)為磁針支架在軸上，必然會(huì)帶來(lái)摩擦，提出用細(xì)頭發(fā)絲或絲線懸掛磁針。研究中發(fā)現(xiàn)線扭轉(zhuǎn)時(shí)的扭力和針轉(zhuǎn)過(guò)的角度成比例關(guān)系，從而可利用這種裝置測(cè)出靜電力和磁力的大小，這導(dǎo)致他發(fā)明扭秤。1779年對(duì)摩擦力進(jìn)行分析，提出有關(guān)潤(rùn)滑劑的科學(xué)理論。還設(shè)計(jì)出水下作業(yè)法，類似現(xiàn)代的沉箱。1785~1789年，用扭秤測(cè)量靜電力和磁力，導(dǎo)出著名的庫(kù)侖定律。1.點(diǎn)電荷(一種理想模型)帶電的幾何點(diǎn)。當(dāng)帶電體的大小、形狀與帶電體間的距離相比可以忽略時(shí),這些帶電體可視為點(diǎn)電荷。2.庫(kù)侖定律1785年，庫(kù)侖扭稱實(shí)驗(yàn)處在靜止?fàn)顟B(tài)的兩個(gè)點(diǎn)電荷，在真空（空氣）中的相互作用力的大小，與每個(gè)點(diǎn)電荷的電量成正比，與兩個(gè)點(diǎn)電荷間距離的平方成反比，作用力的方向沿著兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線。電荷q1對(duì)q2的作用力為同號(hào)排斥異號(hào)吸引方向電荷q2對(duì)q1的作用力真空中的電容率（介電常數(shù)）

(Permittivityofvacuum)

討論：(1)庫(kù)侖定律適用于真空中的點(diǎn)電荷；(2)庫(kù)侖力滿足牛頓第三定律；(3)一般三.電場(chǎng)力（庫(kù)侖力）的疊加

受的力：對(duì)n個(gè)點(diǎn)電荷：對(duì)電荷連續(xù)分布的帶電體Qr庫(kù)侖定律靜電力疊加原理靜電學(xué)的最基本規(guī)律靜電學(xué)的基本規(guī)律原則上，有關(guān)靜電學(xué)的問(wèn)題都可用這兩條規(guī)律解決。例如，在求兩個(gè)帶電體之間作用力時(shí)，若不能把它們當(dāng)作點(diǎn)電荷，就無(wú)法直接應(yīng)用庫(kù)侖定律，這時(shí)根據(jù)上述疊加原理，可將它們劃分成無(wú)數(shù)個(gè)能看成為點(diǎn)電荷的小塊，求出一個(gè)帶電體上每一小塊對(duì)另一帶電體上每一小塊的相互作用力，再求其矢量和，就可得到兩個(gè)帶電體之間相互作用的靜電力。解:氫原子核與電子可看作點(diǎn)電荷萬(wàn)有引力為兩值比較結(jié)論：庫(kù)侖力比萬(wàn)有引力大得多，所以在原子中，作用在電子上的力，主要是電場(chǎng)力，萬(wàn)有引力完全可以忽略不計(jì)。例在氫原子中，電子與質(zhì)子之間的距離約為m，求它們之間的庫(kù)侖力與萬(wàn)有引力，并比較它們的大小。例

設(shè)原子核中的兩個(gè)質(zhì)子相距4.0×10-15m,求此兩個(gè)質(zhì)子之間的靜電力.

可見(jiàn),在原子核內(nèi)質(zhì)子間的斥力是很大的。質(zhì)子之所以能結(jié)合在一起組成原子核,是由于核內(nèi)除了有這種斥力外還存在著遠(yuǎn)比斥力為強(qiáng)的引力_____核力的緣故。上述兩個(gè)例題說(shuō)明，原子核的結(jié)合力遠(yuǎn)大于原子的結(jié)合力,原子的結(jié)合力又遠(yuǎn)大于相同條件下的萬(wàn)有引力。解:兩個(gè)質(zhì)子之間的靜電力是斥力,它的大小按庫(kù)侖定律計(jì)算為解:選用如圖所示的直角坐標(biāo)系。作業(yè)在圖中,三個(gè)點(diǎn)電荷所帶的電荷量分別為q1=-86C,

q2=50C,q3=65C。各電荷間的距離如圖所示。求作用在

q3上合力的大小和方向。q2q1q3F13F23F30.6m0.52m0.3mijxyq2q1q3F13F23F30.6m0.52m0.3mijxyq2q1q3F13F23F30.6m0.52m0.3mijxy合力與x軸的夾角為q2q1q3F13F23F30.6m0.52m0.3mijxy

可見(jiàn),由庫(kù)侖定律算出的作用力是不小的,在距離一定時(shí),它與帶電體所帶電荷量相關(guān)。例如兩個(gè)各帶電荷量為1C的帶電體,當(dāng)它們相距1m時(shí),根據(jù)庫(kù)侖定律算出其作用力達(dá)9.0×109

N,然而,通常在實(shí)驗(yàn)室里,利用摩擦起電使物體能獲得的電荷量的數(shù)量級(jí)只是10-6C,此時(shí)相距1m時(shí)的靜電力僅為10-2N的數(shù)量級(jí),這就是說(shuō),實(shí)際上我們利用通常的起電方法不可能使一個(gè)有限大(例如半徑為1m的球體)的物體的帶電量達(dá)到1C或接近1C,因?yàn)樵缭陔姾闪烤奂酱酥登?周圍的絕緣體已被擊穿,物體上的電荷早已漏掉。所以通常遇到的靜電