第一次課靜電場第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一應(yīng)注意的幾個問題1、上課注意聽講；2、課后及時完成作業(yè)；1）不要盲目的照抄習(xí)題解答；2）每兩周交一次作業(yè)；3）平時作業(yè)成績及考勤占期末總成績的20%！3、有問題及時答疑。答疑地點(diǎn)：7JC段512答疑時間：第二周至第十六周，每周二下午3點(diǎn)半至5點(diǎn)（一個半小時），周三下午2點(diǎn)至5點(diǎn)（三個小時），第五周國慶節(jié)除外。第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一本學(xué)期大學(xué)物理內(nèi)容安排大學(xué)物理下冊（吳百詩主編）第10章靜電場第11章恒定電流的磁場（靜磁場）第12章電磁感應(yīng)與電磁場第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一電磁現(xiàn)象普遍存在于日常生產(chǎn)生活中。因此，理解和掌握電磁運(yùn)動的基本規(guī)律在理論與實(shí)踐中都有極重要的意義。一般來說，運(yùn)動電荷同時激發(fā)電場和磁場當(dāng)我們所研究的電荷相對某參考系靜止時，電荷在這個靜止參考系中就只激發(fā)電場，而無磁場。靜電場

電荷是產(chǎn)生電磁場的源第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一第10章靜電場本章主要內(nèi)容：一個定律：

靜電場的基本定律——庫侖定律兩個定理：靜電場的兩條基本定理——高斯定理和環(huán)路定理兩個基本物理量：描述靜電場的基本物理量——電場強(qiáng)度和電勢第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一10-1電荷庫侖定律電荷1)電荷有正負(fù)兩種電荷1747年富蘭克林（BenjaminFranklin）發(fā)現(xiàn)了電------第一個科學(xué)地用正電、負(fù)電概念表示電荷這一性質(zhì).第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一

2)電荷的量子化美國著名的物理學(xué)家密立根（R.A.Millikan）用近8年的時間(1909~1917年),終于用油滴法測定了電子電荷e

。證明微小粒子帶電量的變化是不連續(xù)的，它只能是元電荷e的整數(shù)倍,即粒子的電荷是量子化的。電子所帶電荷的絕對值稱元電荷，或稱電荷的量子，用e來表示。帶電體的電荷：1986年的推薦值第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一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。不管在宏觀領(lǐng)域還是在微觀領(lǐng)域，電荷守恒定律都成立。電荷守恒定律第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩個帶電體之間有相互作用力。如何探索帶電體之間相互作用力規(guī)律？——消除形狀的影響先研究兩個微小電荷之間的相互作用力規(guī)律——基本原理再由疊加原理得到總的力將帶電體劃分成足夠小的微元第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一庫侖定律是電磁學(xué)的最基本規(guī)律1736年6月14日生于法國昂古萊姆

1777年發(fā)明了扭秤。扭秤能以極高的精度測出非常小的力。1782年當(dāng)選為法國科學(xué)院院士。1785年，庫侖用自己發(fā)明的扭秤建立了靜電學(xué)中著名的庫侖定律

庫侖定律第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一1）在真空中，兩個靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，其大小與它們電荷的乘積成正比；與它們之間距離的平方成反比；2）作用力的方向沿著兩個點(diǎn)電荷的連線方向；3）兩點(diǎn)電荷間的相互作用力大小相等，方向相反，滿足牛頓第三定律。+q2+q1庫侖力的方向？庫侖力的大?。簬靵龆蓛?nèi)容+q1-q2第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一實(shí)驗(yàn)表明，庫侖力滿足線性疊加原理，即多個點(diǎn)電荷同時作用于一個點(diǎn)電荷的力等于每個點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時對該點(diǎn)電荷作用力之矢量和。庫侖力的疊加原理基本原理+疊加原理解決復(fù)雜的問題如何解決多個點(diǎn)電荷同時作用于一個點(diǎn)電荷的力的問題？第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一例題求放在正方形中心的點(diǎn)電荷q0所受的庫侖力?；驹?疊加原理解思考：若將下邊的兩個負(fù)電荷換成等量的正電荷，結(jié)果如何？方向豎直向下第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一兩個電荷之間的相互作用力是如何傳遞的？是否需要時間？1）超距作用觀點(diǎn)：兩個電荷之間的相互作用力不需任何物質(zhì)傳遞，也不需要時間。2）近距作用觀點(diǎn)：兩個電荷之間的相互作用力是通過場傳遞的，需要一定的時間——場的觀點(diǎn)。一、什么是電場？電荷之間的相互作用力是通過電場傳遞的。帶電體周圍空間存在的一種特殊的物質(zhì)。其重要性質(zhì)之一就是對處于其中的電荷有力的作用。電荷A電場電荷B10.2電場電場強(qiáng)度第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一二.電場強(qiáng)度q0AFAq0BFBq0CFC電場強(qiáng)度的大?。荷鲜侥Ｖ担环较颍赫姾墒芰Ψ较螂妶鰪?qiáng)度單位：牛頓/庫侖（N/C）或伏特/米（V/m）物理意義：單位正電荷在電場中某點(diǎn)所受到的電場力電場強(qiáng)度是空間位置函數(shù)電場強(qiáng)度是表征靜電場施力性質(zhì)的物理量，與試驗(yàn)電荷存在與否無關(guān)。q如何檢驗(yàn)電場的存在和描述電場的強(qiáng)弱與方向？實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在電場中任一點(diǎn)，F(xiàn)/q0是常數(shù)，

的方向不變。第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一如果已知帶電體的情況（大小、形狀和帶電量），能不能用理論計(jì)算的方法求出該帶電體產(chǎn)生的電場強(qiáng)度？1點(diǎn)電荷及點(diǎn)電荷系產(chǎn)生的電場強(qiáng)度（1）點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度位矢場源電荷

場點(diǎn)三、電場強(qiáng)度的計(jì)算電場強(qiáng)度疊加原理

試驗(yàn)電荷第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一電場強(qiáng)度的大?。弘妶鰪?qiáng)度的方向：點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度：當(dāng)q>0時，E的方向沿矢徑指向外；當(dāng)q<0時，E的方向沿矢徑指向內(nèi)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)具有球面對稱性。場源電荷位矢場點(diǎn)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18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一點(diǎn)電荷系產(chǎn)生的電場強(qiáng)度+q1-q3+q2p場強(qiáng)迭加原理點(diǎn)電荷系的電場中某點(diǎn)處的電場強(qiáng)度等于各個點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和。第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一例1求電偶極子中垂線上距離中心較遠(yuǎn)處一點(diǎn)的場強(qiáng).(稱該帶電體系稱為電偶極子。)解：定義電偶極矩為：第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一結(jié)論：電偶極子中垂線上距離中心較遠(yuǎn)處一點(diǎn)的場強(qiáng)，與電偶極子的電矩成正比，與該點(diǎn)離中心的距離的三次方成反比，方向與電偶極矩方向相反。由于電偶極矩為：第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一連續(xù)帶電體產(chǎn)生的電場中的場強(qiáng)將帶電體分成很多元電荷dq,先求出它在任一場點(diǎn)p的場強(qiáng)pdq再對場源求積分，可得總場強(qiáng)Ep第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一解：由對稱性可知，中垂面上一點(diǎn)的場強(qiáng)只有Y方向的分量，在Z和X方向無分量。完成積分：例2求均勻帶電直線中垂面上一點(diǎn)的場強(qiáng)。設(shè)棒長為,帶電量，電荷線密度為yz第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一無限長均勻帶電直線的場強(qiáng)：相當(dāng)于點(diǎn)電荷的場強(qiáng)：方向垂直于細(xì)棒Py擴(kuò)展：第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一R0例3：正電荷q均勻分布在半徑為R的圓環(huán)上，計(jì)算在環(huán)的軸線上任一點(diǎn)P的場強(qiáng)。解：

dq=dlpXxr討論：此時,圓環(huán)相當(dāng)于一個點(diǎn)電荷.第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一pXxr

例4:有一半徑為R，電荷均勻分布的薄圓盤，其電荷面密度為。求通過盤心且垂直盤面的軸線上任意一點(diǎn)處的電場強(qiáng)度。解：由上題結(jié)果R0d第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一討論1x相當(dāng)于無限大均勻帶電平面產(chǎn)生的電場強(qiáng)度，可看成是均勻場，場強(qiáng)垂直于板面，方向由電荷的正負(fù)決定。P第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一無限大均勻帶電平面產(chǎn)生的電場強(qiáng)度第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期一小結(jié)：兩種最常用的電場強(qiáng)度方向垂直于棒具有柱面對稱性1、無限長均勻帶電直線的場強(qiáng)第29頁，共32頁，2023