庫侖定律和電場第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日1905年愛因斯坦建立狹義相對論1865年麥克斯韋提出電磁場理論1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流對磁針的作用公元前600年1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象古希臘泰勒斯第一次記載電現(xiàn)象第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日電磁學(xué)研究內(nèi)容1電荷，電流產(chǎn)生電場，磁場的規(guī)律2電場和磁場的相互聯(lián)系3電磁場與物質(zhì)的相互作用第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十章電荷和靜電場電荷是產(chǎn)生電磁場的源泉；相對于觀察者為靜止的電荷稱為靜電荷。它在空間所產(chǎn)生的場為靜電場，它是電磁場的一種特殊狀態(tài)。第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日§10.1電荷和庫侖定律物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)理論原子核電子第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.存兩種電荷：正電荷、負(fù)電荷產(chǎn)生電荷的方法:摩擦起電和靜電感應(yīng)2.電荷之間有相互作用：異號相吸引，同號相排斥。3.電荷量子化---密立根液滴法實驗e=1.60217733×10-19庫侖(C)迄今所知，電子是經(jīng)實驗驗證的自然界中存在的最小負(fù)電荷，質(zhì)子是最小的正電荷。(電量的國際單位)4.電荷量的相對論不變性表述：5.電荷守恒定律（lawofconservationofcharge)在一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，正負(fù)電荷的代數(shù)和在任何物理過程中保持不變。第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日18世紀(jì)后期開始了電荷相互作用的定量研究。1769年，魯賓孫Robison通過作用在一個小球上電力和重力平衡的實驗，直接測定了兩個電荷相互作用力與距離二次方成反比1773年，卡文迪什推算出電力與距離二次方成反比1785年，庫倫設(shè)計了精巧的扭秤實驗，直接測定了兩個靜止點(diǎn)電荷的相互作用力與他們之間距離的平方成反比，與他們電量的乘積成正比。第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日庫侖定律

---真空中點(diǎn)電荷間的相互作用點(diǎn)電荷（理想模型）

當(dāng)帶電體的大小和帶電體之間的距離相比很小時，這種帶電體就可看作點(diǎn)電荷。（忽略其形狀和大?。┍硎締挝皇噶?/40=8.9880109N·m2/C29109N·m2/C2

0—真空介電常數(shù)

(Permittivityofvacuum)

0=8.8510-12C2/N·m2第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日同號電荷:異號電荷:真空中的庫侖定律

真空中兩個靜止點(diǎn)電荷之間的作用力的大小與這兩個點(diǎn)電荷所帶電量和的乘積成正比，與它們之間的距離r的平方成反比，作用力的方向沿它們的聯(lián)線方向，同號電荷相斥，異號電荷相吸。庫侖定律是平方反比規(guī)律(與萬有引力定律類似)庫侖定律滿足定頓第三定律注意：第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日§10.2電場和電場強(qiáng)度1.什么是電場？帶電體周圍空間存在的一種特殊的物質(zhì)。其重要性質(zhì)之一就是當(dāng)有外來電荷處于其中時會受到電場力的作用.A電荷B電荷電場激發(fā)電場力激發(fā)電場力第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日二、電場強(qiáng)度——描述電場強(qiáng)弱的物理量

1.試驗電荷本身攜帶電荷足夠小的點(diǎn)電荷。單位正電荷在電場中某點(diǎn)所受到的電場力物理意義場強(qiáng)與試驗電荷無關(guān)，反映電場本身的性質(zhì)。將放在電場中的某一點(diǎn)P（稱為場點(diǎn)），設(shè)受到的電場力為，則定義P點(diǎn)的電場強(qiáng)度(簡稱為場強(qiáng)）為：2、電場強(qiáng)度的定義3.電場強(qiáng)度的單位：在國際單位制中(SI)電場是一個矢量場(vectorfield)場強(qiáng)單位是[N/C]?；蛘呤欠?米（V/m）。第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日三、電場強(qiáng)度的計算場強(qiáng)疊加原理1點(diǎn)電荷及點(diǎn)電荷系產(chǎn)生的電場強(qiáng)度計算（1）點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度場點(diǎn)場源電荷+場強(qiáng)的大?。簣鰪?qiáng)的方向：點(diǎn)電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)具有球面對稱性，即在以點(diǎn)電荷為球心的任意球面上，場強(qiáng)的大小均相等，方向均沿半徑方向。第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日（2）點(diǎn)電荷系產(chǎn)生的電場中的場強(qiáng)計算

設(shè)場源由n個點(diǎn)電荷組成，作用在場中某點(diǎn)P處試驗電荷上的力,各點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的力

點(diǎn)電荷系在某點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)，等于每一個點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時在該點(diǎn)分別產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和?！獔鰪?qiáng)疊加原理第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日

例一求電偶極子連線上一點(diǎn)P和中垂線上一點(diǎn)Q的場強(qiáng)。為該電偶極子的電偶極矩（電矩）。第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日（3）任意帶電體(連續(xù)帶電體)電場中的場強(qiáng)：將帶電體分成很多元電荷dq,先求出dq在任意場點(diǎn)p的場強(qiáng)第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日由場強(qiáng)疊加原理，所有電荷元在該點(diǎn)產(chǎn)生的合場強(qiáng)為分量式：合場強(qiáng)為：第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日電荷線密度電荷面密度電荷體密度第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日

積分法求場強(qiáng)的一般步驟：1）根據(jù)帶電體的形狀，選取合適的電荷元dq

；2）寫出dq產(chǎn)生的元場強(qiáng)dE，并搞清dE的方向是否變化；3）如dE的方向是變化的，將dE沿坐標(biāo)軸方向分解得到元分量；4）對各元分量分別進(jìn)行積分，得到總場強(qiáng)的分量；5）將各分量合成，得到總場強(qiáng)E，并加以適當(dāng)?shù)挠懻摗５诙?，共二十九頁?022年，8月28日

例二

均勻帶電細(xì)棒的電場。設(shè)有長度為L，總電量為+Q的均勻帶電細(xì)棒，試求棒的中垂線上一點(diǎn)P處的場強(qiáng)，設(shè)P點(diǎn)至棒的距離為a。以及帶電細(xì)棒延長線上一點(diǎn)Q處的場強(qiáng)，Q點(diǎn)至棒的中點(diǎn)的距離亦為a。解：（1）中垂線

建立如圖坐標(biāo)系，在距原點(diǎn)O為x處取線段元dx，電荷元為第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日在直角坐標(biāo)系中分解，得由對稱性可知：第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日所以討論：第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日（2）延長線：同理取線元dx，電荷元為（方向沿+x軸。）第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日

例三

均勻帶電圓環(huán)的電場試計算均勻帶電圓環(huán)軸線上任一給定點(diǎn)P處的場強(qiáng)，設(shè)圓環(huán)半徑為a，圓環(huán)所帶電量為Q，P點(diǎn)與環(huán)心的距離為x。

解：建立如圖坐標(biāo)系，取電荷元dqdq在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小為第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日討論：第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日第二十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日本次課小結(jié)：1.庫侖定律----點(diǎn)電荷之間的相互作用規(guī)律2.電