大學(xué)物理學(xué)電子教案靜電場(chǎng)的概念與計(jì)算

庫(kù)侖定律電場(chǎng)強(qiáng)度1、什么是電磁學(xué)電磁運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的一種基本運(yùn)動(dòng)形式。電磁學(xué)是研究電磁運(yùn)動(dòng)及其規(guī)律的物理學(xué)分支。3、電磁學(xué)的主要內(nèi)容電荷、電流產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)的規(guī)律；電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互作用；電磁場(chǎng)對(duì)電流、電荷的作用；電磁場(chǎng)中物質(zhì)的各種性質(zhì)。2、學(xué)習(xí)電磁學(xué)的意義深入認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)。是學(xué)習(xí)電工學(xué)、無(wú)線電電子學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ)。第二部分電磁學(xué)第5章真空中的靜電場(chǎng)本章主要內(nèi)容：研究真空中靜電場(chǎng)的基本特性：靜電場(chǎng)的基本定律：庫(kù)侖定律、疊加定律

靜電場(chǎng)的基本定理：高斯定理、環(huán)路定理

描述靜電場(chǎng)的物理量：電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)

靜電場(chǎng)對(duì)電荷的作用§5—1電荷的量子化電荷守恒定律1、物體帶電摩擦起電：用木塊摩擦過(guò)的琥珀能吸引碎草等輕小物體的現(xiàn)象。許多物體經(jīng)過(guò)毛皮或絲綢等摩擦后，都能夠吸引輕小的物體。人們就說(shuō)它們帶了電，或者說(shuō)它們有了電荷。

電子過(guò)多時(shí)——物體帶負(fù)電電子過(guò)少時(shí)——物體帶正電2、理論解釋——原子理論

一、電荷二、電荷量子化定義：物體所帶電荷的多少叫作電量。

3、電量（Electricquantity）1、電子的發(fā)現(xiàn)：2、電荷的量子化美國(guó)的M．Gellmann和G．Zweig提出夸克模型

每一種夸克可能帶有±e/3或±2e/3的分?jǐn)?shù)電荷單位：庫(kù)侖（C）電子電量e帶電體電量q=ne

n=1，2，….三、電荷守恒定律

內(nèi)容：在孤立系統(tǒng)中，不管系統(tǒng)中的電荷如何遷移，系統(tǒng)的電荷的代數(shù)和保持不變。一、點(diǎn)電荷當(dāng)兩個(gè)帶電體本身的線度比它們之間的距離小得很多時(shí)，帶電體可近似地當(dāng)作點(diǎn)電荷，即不考慮其大小和形狀。

§5—2庫(kù)侖定律

二、庫(kù)侖定律庫(kù)侖(Charlse-AugustindeCoulomb1736~1806)法國(guó)物理學(xué)家、工程師。18世紀(jì)最著名的物理學(xué)家之一，在力學(xué)和電磁學(xué)方面的成就尤為突出。

1781年，庫(kù)侖發(fā)表了重要論文《簡(jiǎn)單機(jī)械理論》，提出了摩擦力與法向正壓力成正比的關(guān)系。

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。為了紀(jì)念庫(kù)侖的功績(jī)，以他的名字命名了電量的單位，1庫(kù)侖=1安培·秒。

1、庫(kù)侖定律內(nèi)容在真空中，兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用力，其大小與點(diǎn)電荷電量的乘積成正比，與兩點(diǎn)電荷之間距離的平方成反比，作用力在兩點(diǎn)電荷之間的連線上，同號(hào)電荷互相排斥，異號(hào)電荷互相吸引。表示單位矢量是國(guó)際單位制中的比例系數(shù)真空電容率2、說(shuō)明：

（1）引入真空電容率和“4π”因子的作法，稱為單位制的有理化。（2）靜止電荷間的電作用力，又稱為庫(kù)侖力。（3）兩靜止點(diǎn)電荷之間的庫(kù)侖力遵守牛頓第三定律。

（4）庫(kù)侖定律是直接由實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的規(guī)律。

（5）庫(kù)侖定律為實(shí)驗(yàn)定律。例：在氫原子中，電子與質(zhì)子之間的距離約為5.3×10-11m，求它們之間的庫(kù)侖力與萬(wàn)有引力，并比較它們的大小。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)。三、庫(kù)侖力的疊加原理

如果空間中有n個(gè)點(diǎn)電荷q1、q2、q3…qn，令q2、q3…qn作用在q1上的力分別為則電荷q1受到的庫(kù)侖力為§5-3電場(chǎng)強(qiáng)度一、靜電場(chǎng)-----靜止電荷產(chǎn)生的場(chǎng)電荷之間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)傳遞的，或者說(shuō)電荷周?chē)嬖谟须妶?chǎng)。在該電場(chǎng)的任何帶電體，都受到電場(chǎng)的作用力，這就是所謂的近距作用。2、電場(chǎng)的物質(zhì)性給電場(chǎng)中的帶電體施以力的作用。當(dāng)帶電體在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力作功；表明電場(chǎng)具有能量。變化的電場(chǎng)以光速在空間傳播，表明電場(chǎng)具有動(dòng)量。表明電場(chǎng)具有動(dòng)量、質(zhì)量、能量，體現(xiàn)了它的物質(zhì)性.電荷電場(chǎng)電荷1、電場(chǎng)的概念電荷電荷近距作用二、電場(chǎng)強(qiáng)度1、試驗(yàn)電荷線度足夠小，小到可以看成點(diǎn)電荷；電量足夠小，小到把它放入電場(chǎng)中后，原來(lái)的電場(chǎng)幾乎沒(méi)有什么變化。2、實(shí)驗(yàn)在靜止的電荷Q周?chē)撵o電場(chǎng)中，放入試驗(yàn)電荷q0，討論試驗(yàn)電荷q0的受力情況。F與r有關(guān)，而且還與試驗(yàn)電荷q0有關(guān)。3、電場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)電荷將受到源電荷的作用力與試驗(yàn)電荷電量的比值F/q0則與試驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，可以反映電場(chǎng)本身的性質(zhì)，用這個(gè)物理量作為描寫(xiě)電場(chǎng)的場(chǎng)量，稱為電場(chǎng)強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)）。電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于位于該點(diǎn)的單位正試驗(yàn)電荷所受的電場(chǎng)力。

電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與電場(chǎng)力的方向一致（當(dāng)q0為正值時(shí)）。單位：N.C-1或V.m-1電場(chǎng)強(qiáng)度是電場(chǎng)的屬性，與試驗(yàn)電荷的存在與否無(wú)關(guān)，并不因無(wú)試驗(yàn)電荷而不存在，只是由試驗(yàn)電荷反映。說(shuō)明：

當(dāng)空間存在許多電荷時(shí)，定義式仍成立。只不過(guò)作用力應(yīng)理解為試驗(yàn)電荷所受的合力。電場(chǎng)強(qiáng)度是電場(chǎng)的屬性，與試驗(yàn)電荷的存在與否無(wú)關(guān)，并不因無(wú)試驗(yàn)電荷而不存在，只是由試驗(yàn)電荷反映。4、電場(chǎng)力電荷q在電場(chǎng)E中的電場(chǎng)力當(dāng)q>0時(shí)，電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同；當(dāng)q<0時(shí)，電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反。三、點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度

在真空中，點(diǎn)電荷Q放在坐標(biāo)原點(diǎn)，試驗(yàn)電荷放在r處，由庫(kù)侖定律可知試驗(yàn)電荷受到的電場(chǎng)力為點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式Q>0，電場(chǎng)強(qiáng)度E與er同向Q<0，電場(chǎng)強(qiáng)度E與er反向。說(shuō)明：(1)點(diǎn)電荷電場(chǎng)是非均勻電場(chǎng)；(2)點(diǎn)電荷電場(chǎng)具有球?qū)ΨQ性。+-四、電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理1、電荷離散分布在點(diǎn)電荷系Q1,Q2,…,Qn的電場(chǎng)中，在P點(diǎn)放一試驗(yàn)電荷q0，根據(jù)