1、靜電場,電荷及其守恒定律,自然界中有兩種電荷：,兩種電荷間的相互作用：,正電荷和負電荷,同種電荷相互排斥 異種電荷相互吸引,用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電; 用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電.,物體帶電的實質：,原子,原子核,核外電子（負電）,質子（正電）,中子（不帶電）,原來電中性的物體得到電子則帶上負電，失去電子的帶上正電。實質是電子的轉移。,物體帶電方法,原因： 不同物質的原子核束縛電子的本領不同，失去電子的物體帶正電，得到電子的物體帶負電。,物體帶電方法,靜電感應的原因：把帶電球C移近金屬導體A和B時，導體上的自由電子被吸引過來，因此導體A和B帶上了等量的異種電荷感應起電沒有創(chuàng)造電荷，而是使物體

2、中的正負電荷分開，將電荷從物體的一部分轉移到另一部分,物體帶電方法,接觸后,再分開,接觸后,再分開,三種帶電方法,(2)感應起電： 電荷從物體的一部分轉移到另一部分,(3)接觸起電： 電荷從一個物體轉移到另一個物體,(1)摩擦起電： 正負電荷的分開和轉移,起電的本質,無論是哪種起電方式,其本質都是將正、負電荷分開,使電荷發(fā)生轉移，實質是電子的轉移，并不是創(chuàng)造電荷。,電荷守恒定律,表述一： 電荷既不能創(chuàng)造,也不能消滅,它只能從一個物體轉移到另一個物體,或從物體的一部分轉移到另一部分,在轉移的過程中，系統(tǒng)的電荷總數保持不變.,表述二： 一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)，電荷的代數和總是保持不變。,元電

3、荷,電荷量：電荷的多少。單位:庫侖 C,最小電荷量：電子所帶的電荷量,元電荷：最小電荷量，用e表示,e=1.60 x10-19C,所有帶電體的電荷量或者等于e，或者是e的整數倍。故電荷量不能連續(xù)變化。,比荷：帶電體的電荷量與質量的比,庫侖定律,1、內容：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上.,2、大?。?F=kQ1Q2/r2,3、方向：同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引.,4、適用條件：,.真空(空氣中近似成立),.點電荷,點電荷是一種理想化模型，只有電荷量而沒有大小的幾何點。,5、應用多個電荷的庫侖定律時，應

4、注意：,(1)任何一個電荷所受的庫侖力等于周圍其他各點電荷對它的作用力的合力。,(2)幾個庫侖力或庫侖力和其他性質的力合成時均遵守平行四邊形法則。,電場強度,電 場,萬有引力,超距作用,既不需要媒介，也不需經歷時間，而是超越空間直接發(fā)生的作用力。,靜電力像萬有引力一樣，也是一種超距力 超距作用觀點不可避免地帶來一種神秘色彩，與人類的理智和科學追求不符,電 場,19世紀30年代，法拉第提出：在電荷的周圍存在著由它產生的電場，處在電場中的其他電荷受到的作用力就是這個電場給予的。,電荷,電荷,電場以及磁場已被證明是一種客觀存在，并且是互相聯(lián)系的，統(tǒng)稱為電磁場。 變化的電磁場以有限的速度光速，在空間傳

5、播。 它和分子、原子組成的實物一樣具有能量、質量和動量，因而場與實物是物質存在的兩種不同形式。 本章只討論靜止電荷產生的電場，稱為靜電場。,電場強度,電場的基本性質：對放入其中的電荷有力的作用。,電場的強弱是與位置有關的。,實驗中的帶電小球是用來檢驗電場是否存在及其強弱分布情況的，稱為試探電荷，或檢驗電荷； 被檢驗的電場是電荷O所激發(fā)的，所有電荷O稱為場源電荷，或源電荷。,電荷量和尺寸充分小,電場強度,怎樣來描述電場的強弱呢？ 能否用試探電荷所受的靜電力來表示電場的強弱？ 不同電荷量的試探電荷，即使在電場的同一點，受到的靜電力也不相同。,試探電荷在電場中某點受到的力F很可能與試探電荷的電荷量q

6、成正比： F=Eq E是比例常數，與q無關,電場強度,實驗表明： 試探電荷在電場中某個位置所受的力，的確與試探電荷的電荷量成正比； 在電場的不同位置，比例常數E一般說來是不一樣的。,（1）、電場強度：放入電場中某點的電荷所受的力F與它的電荷量q的比值，叫做這點的電場強度（場強）。 （2）、公式：E=F/q （3）、單位：牛每庫（N/C）；伏每米（V/m）；1V/m=1N/C （4）、方向：電場強度是矢量 其方向跟正電荷在該點所受的靜電力的方向相同；跟負電荷在該點所受的靜電力的方向相反,比值定義法,點電荷的電場,點電荷是最簡單的場源電荷，它激發(fā)的電場有什么特點呢？,式中Q是場源電荷大小 如果以Q

7、為中心作一個球面，則球面上各點的電場強度大小相等。,電場強度的疊加,如果場源電荷不只是一個點電荷，那么電場強度又是多少呢？ 電場強度的疊加：電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產生的電場強度的矢量和,P點的電場強度，等于+Q1在該點產生的電場強度E1與-Q2在該點產生電場強度E2的矢量和,遵循平行四邊形定則。,電場強度的疊加,一個比較大的帶電物體不能看做點電荷。 在計算它的電場時，可以把它分做若干小塊，只要每個小塊足夠小，就可以把每小塊所帶的電荷看成點電荷，然后用點電荷電場強度疊加的方法計算整個帶電體的電場。,一個半徑為R的均勻帶電球體（或球殼）在外部產生的電場，與一個位于球心的、電荷量

8、相等的點電荷產生的電場相同，球外各點的電場強度：,rR，Q是整個球體所帶的電荷量,電場線,我們可以用什么方法來形象地描述電場呢？ 電場線： 電場線是畫在電場中的一條條有方向的曲線，曲線上每點的切線方向表示該點的電場強度方向。,電場線,電場線,電場線,電場線的特點： 1、電場線從正電荷或無限遠出發(fā)，終止于無限遠或負電荷； 2、電場線在電場中不相交； 3、在同一幅圖中，電場強度較大的地方電場線較密，電場強度較小的地方電場線較疏，可以用電場線的疏密來表示電場強度的相對大小。,電場線是電場中實際存在的線嗎？,勻強電場,如果電場中各點電場強度的大小相等、方向相同，這個電場就叫做勻強電場。 勻強電場的電場

9、線是什么樣的？ 勻強電場的電場線是間隔相等的平行線,帶有等量異號電荷的一對平行金屬板，如果兩板相距很近，它們之間的電場，除邊緣部分外，可以看做勻強電場。,電勢能和電勢,靜電力做功的特點,在電場強度為E的勻強電場中，試探電荷q沿幾條不同路徑從A點移動到B點，這幾種情況下靜電力對電荷所做的功分別是多少？,q所受的靜電力：,靜電力對q所做的功：,靜電力做功的特點,電荷q沿折線AMB從A點移往B點：,在線段AM上靜電力對q所做的功：,在線段MB上靜電力對q所做的功：,靜電力做功的特點,電荷q沿任意曲線ANB從A點移動到B點：,可以用無數組跟靜電力垂直和平行的折線來逼近曲線ANB 只要q移動方向與靜電力

10、平行，靜電力都做功 與靜電力平行的短折線的長度之和等于AM,靜電力做功的特點,不論q經由什么路徑從A點移動到B點，靜電力做的功都是一樣的 在勻強電場中移動電荷時，靜電力做的功與電荷的起始位置和終止位置有關，但與電荷經過的路徑無關 這個結論對非勻強電場適用嗎？ 這個結論雖然是從勻強電場中推導出來的，但是可以證明對于非勻強電場也是適用的,電勢能,1、由于移動電荷時靜電力做的功與移動的路徑無關，電荷在電場中也具有勢能，這種勢能叫做電勢能，用Ep表示。,物體下降時，重力做正功，重力勢能減少 物體上升時，重力做負功，重力勢能增加,類比于重力做功與重力勢能的關系，靜電力做功與電勢能有什么關系呢？,電勢能,

11、正電荷在電場中從A點移動到B點時，靜電力做正功，電荷的電勢能減少,正電荷在電場中從B點移動到A點時，靜電力做負功，電荷的電勢能增加,電勢能,功是能量轉化的量度 2、靜電力做的功等于電勢能的減少量,WAB表示電荷從A點移動到B點的過程中靜電力做的功 EpA和EpB分別表示電荷在A點和B點的電勢能 如果知道了在兩點間移動電荷時，靜電力做的功，那么這兩個位置的電勢能知道嗎？,電勢能,靜電力做的功只能決定電勢能的變化量，而不能決定電荷在電場中某點的電勢能的數值。,如果規(guī)定電荷在B點的電勢能為零，則電荷在A點的電勢能等于WAB,3、電勢能具有相對性：要確定電荷在電場中某點的電勢能的數值，必須先確定零電勢

12、能參考位置。 電荷在某點的電勢能，等于靜電力把它從該點移動到零勢能位置時所做的功。 通常把電荷在離場源電荷無限遠處的電勢能規(guī)定為零，或把電荷在大地表面上的電勢能規(guī)定為零。,電勢能,4、電勢能是電荷和電場所共有的，具有系統(tǒng)性 5、電勢能是標量,由此可見，電場力做功與重力做功，電勢能與重力勢能都很相似，所以大家在學習電勢能過程中應該多聯(lián)系重力做功與重力勢能的關系幫助理解電勢能。,電勢能,重力勢能和電勢能類比,重力場中，重力：地球和物體之間存在的吸引力,電場中，電場力：電荷之間的作用力,有重力就有重力勢能Ep= mgh,有電場力就有相應的能，叫電勢能EP,Ep由物體和地面間的相對位置決定,EP由電荷

13、間的相對位置決定,W重 = EP1-EP2,W電 = EPA-EPB,電勢能,盡管重力做功與電場力做功很相似，但還是存在很大差異存在兩種電荷,正電荷順電場線移動， 電場力做正功，電勢能減少 負電荷順電場線移動， 電場力做負功，電勢能增加 正電荷逆電場線移動， 電場力做負功，電勢能增加 負電荷逆電場線移動， 電場力做正功，電勢能減少,電勢,規(guī)定O點的電勢能為零 電荷q在A點的電勢能EpA：,如果在A點放的是2q的電荷呢？,EpA/q是相同的 對電場中的不同位置，這個比值一般是不同的,電勢,1、電勢：電荷在電場中某一點的電勢能與它的電荷量的比值 2、公式：,3、單位：在國際單位制中，電勢的單位是伏

14、特，符號是V 1V=1J/C,電勢,沿著電場線方向，電勢如何變化呢？ 4、沿著電場線的方向，電勢越來越低 如何確定電場中某點的電勢呢？ 5、電勢具有相對性，先規(guī)定電場中某處的電勢為零，然后才能確定電場中其他各點的電勢。（通常取離場源電荷無限遠處或大地的電勢為零）,電勢,沿著電場線方向，電勢如何變化呢？ 4、沿著電場線的方向，電勢越來越低 如何確定電場中某點的電勢呢？ 5、電勢具有相對性，先規(guī)定電場中某處的電勢為零，然后才能確定電場中其他各點的電勢。（通常取離場源電荷無限遠處或大地的電勢為零） 6、電勢是標量，只有大小，沒有方向。(負電勢表示該處的電勢比零電勢處電勢低。),等勢面,地理上，等高線

15、表示地勢的高低。 在電場中常用等勢面來表示電勢的高低。 電場中電勢相同的各點構成的面叫做等勢面,等勢面,等勢面的特點： 1、等勢面一定跟電場線垂直，在同一等勢面上的任意兩點間移動電荷，電場力不做功； 2、電場線總是從電勢高的等勢面指向電勢低的等勢面，任意兩個等勢面都不會相交； 3、等差等勢面越密的地方電場強度越大,等勢面,幾種典型電場的等勢面：,1、點電荷電場中的等勢面： 以點電荷為球心的一簇球面,等勢面,2、等量異種點電荷電場中的等勢面： 兩簇對稱曲面,等勢面,3、等量同種點電荷電場中的等勢面： 兩簇對稱曲面,等勢面,5、勻強電場中的等勢面： 垂直于電場線的一簇平面,4、形狀不規(guī)則的帶電導體

16、附近的電場線及等勢面,電勢差,高度與高度差,高度具有相對性，與參考點的選擇有關，而高度差與參考點的選擇無關。,電勢,A,B,C,D,0V,1V,2V,3V,E,0V,1V,2V,-1V,電勢具有相對性，與參考點的選擇有關，而電勢的差值與參考點的選擇有無關系呢?,電勢差,電勢差(電壓):電場中兩點間電勢的差值.,則有,電勢與電勢差,A,B,C,D,0V,1V,2V,3V,E,0V,1V,2V,-1V,電勢具有相對性，與參考點的選擇有關，而電勢差與參考點的選擇無關系.,電勢差與電勢關系,或者表示成,顯然,靜電力做功與電勢差的關系,即,或,思考,1、UAB由什么決定？跟WAB、q有關嗎？,2、WAB

17、跟q、UAB有關嗎？,跟q、UAB都有關,由電場本身的因素決定,與WAB 、q無關,電勢差與電場強度的關系,在勻強電場中，沿場強方向的兩點間的電勢差等于場強與這兩點的距離的乘積。,E=U/d,在勻強電場中，場強在數值上等于沿場強方向每單位距離上的電勢差,U=Ed,1、適用范圍：勻強電場 2、d為勻強電場中兩點沿電場線方向的距離 3、電場強度與電勢無直接關系 電場強度為零的地方，電勢不一定為零 電勢為零的地方電場強度不一定為零 電場強度相等的地方電勢不一定相等 電勢相等的地方，電場強度不一定相等,電容器的電容,一、電容器 1、任何兩個彼此絕緣又相隔很近的導體，組成一個電容器。 2、電容器是一種儲

18、存電荷的裝置 3、電容器的構造: 兩極板 電介質,4.電容器的充、放電,充電：,電能電場能,放電：,電場能其他形式能,1）在充、放電過程中有電流產生；,2）電容器所帶電荷量：每個極板所帶電荷量的絕對值；,3）充電完畢，電容器兩端電壓等于電源電壓。,電容器所帶的電荷量 Q 跟它的兩極間的電勢差U 的比值叫做電容器的電容。,2. 公式,1. 電容,二、電容,h, h,B,C,A,3. 單位 F（法）,4. 說明電容是反映了電容器儲存電荷能力(儲存能量能力)的物理量，其數值由電容器的構造決定，而與電容器帶不帶電或帶多少電無關。就像水容器一樣，它的容量與是否有水無關。,三、平行板電容器的電容,演示實驗,在兩個平行金屬板之間夾上一層絕緣介質，就組成一個最簡單的電容器，這種電容器叫做平行板電容器。,電容器種類繁多, 其分類按電介質可分為:紙介、云母、陶瓷、電解電容等；,按可變程度可分為:固定電容器 可變電容器。,四、常用電容器,帶電粒子在電場中的運動,3、某些帶電體是否考慮重力，要根據題目暗示或運動狀態(tài)來判定,電場中的帶電體一般可分為兩類：,1、帶電的基本粒