第九章 静电场,物理学教程,（第二版）,9,1,3,库仑定律,电场强度,教 材,：,物理学,教程,马文蔚等,参考书,:,【,普通物理学,】,，,程守洙,江之永主编，高教五版,【,物理学,】,，,马文蔚改编，高教版四版,【,大学物理学,】,，赵近芳，北京邮电大学版,邹 勇,任课老师：,【,大学物理学,】,，,张三慧,，,清华版,【,电磁学,】,(,新概念教程,),，赵凯华，高教版,大学物理,(2011-2012,学年第一学期,),电 磁 学,强电,:,电能是应用最广泛的,能源,；,弱电,:,电磁波的传播实现了,信息,传递；,交叉,:,电磁学与,工程技术,各个领域有密切的联系；,机理,:,电磁学的研究在,理论,方面十分重要。,电 磁 学,法拉第,的电磁感应定律：,电磁一体,麦克斯韦,电磁场统一理论（,19,世纪中叶）,赫兹,在实验中证实电磁波的存在，光是电磁波.,技术上的重要意义：发电机、电动机、无线电技术等.,库仑,定律：,电荷与电荷间的相互作用,（磁极与磁极间的相互作用）,奥斯特,的发现：,电流的磁效应.,安培,发现：电流与电流间的相互作用规律.,静电场,-,相对于观察者静止的电荷产生的电场，,并非“平安无事”！,（静电跳球）,两个物理量：场强、电势；,一个实验规律：库仑定律；,两个定理：高斯定理、环流定理,本章要点,波斯顿科技馆静电演示厅,一 电荷的量子化,二 电荷守恒定律,在,孤立,系统中,电荷的代数和保持不变.,强子的,夸克模型,具有,分数电荷,（或 元电荷）但实验上尚未直接证明.,（自然界的基本守恒定律之一）,基本性质,1,电荷有正负之分；,2,电荷量子化；元电荷,3,同性相斥，异性相吸.,1773,年发表有关材料强度的论文，所提出的计算物体上应力和应变分布情况的方法沿用到现在，是结构工程的理论基础。,1777,年开始研究静电和磁力问题。当时法国科学院悬赏征求改良航海指南针中的磁针问题。库仑认为磁针支架在轴上，必然会带来摩擦，提出用细头发丝或丝线悬挂磁针。研究中发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置测出静电力和磁力的大小，这导致他发明扭秤。,1779,年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。还设计出水下作业法，类似现代的沉箱。,1785-1789,年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律。,库仑,法国工程师、物理学家。,1736,年,6,月,14,日生于法国昂古莱姆。,1806,年,8,月,23,日在巴黎逝世。,早年就读于美西也尔工程学校。离开学校后，进入皇家军事工程队当工程师。法国大革命时期，库仑辞去一切职务，到布卢瓦致力于科学研究。法皇执政统治期间，回到巴黎成为新建的研究院成员。,三 点电荷模型,四,库仑定律,：真空电容率,库仑力遵守牛顿第三定律,：,q,1,指向,q,2,的单位矢量,库仑定律,五 静电场,实验证实了两静止电荷间存在相互作用的静电力，,但其相互作用是怎样实现的,？,电 荷,电 场,电 荷,场是一种特殊形态的物质,实物,物 质,场,电场,叠加性,研究方法：,能法,引入电势,u,力法,引入场强,对外表现：,a,.,对电荷（带电体）施加作用力,b,.,电场力对电荷（带电体）作功,电场强度,场源,电荷,试验,电荷,六 电场强度,单位：或,电场中某点处的,电场强度,等于位于该点处的,单位试验电荷所受的力,，其方向为,正,电荷受力的方向.,电荷 在电场中受力,（试验电荷为点电荷,、,且足够小,故对原电场几乎无影响）,：场源电荷,：试验电荷,1.,由 是否能说，与 成正比，与 成反比？,讨论,2,.,一总电量为,Q,0,的金属球，在它附近,P,点产生的场强为 。将一点电荷,q,0,引入,P,点，测得,q,实际受力 与,q,之比为 ，是大于、小于、还是等于,P,点的,七 点电荷的电场强度,问,八 电场强度的叠加原理,由力的叠加原理得 所受合力,点电荷,对 的作用力,故 处总电场强度,电场强度的叠加原理,电荷连续分布情况,电荷,体,密度,点 处电场强度,电荷,面,密度,电荷,线,密度,1,.,点电荷的电场的计算,九、电场强度的计算,2,.,点电荷,系,的电场的计算,设真空中有,n,个点电荷,q,1,q,2,q,n,，则,P,点场强,场强在坐标轴上的投影,电偶极矩（电矩）,例1,电偶极子的电场强度,电偶极子的轴,讨 论,（1）,电偶极子轴线延长线上一点的电场强度,（2）,电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度,根据对称性可知,结论,3.,连续带电体的电场的计算,（积分法）,电荷元表达式,体电荷,面电荷,线电荷,思路,由对称性有,解,例2,正电荷 均匀分布在半径为 的圆环上.计算在环的轴线上任一点 的电场强度.,讨 论,（1）,（点电荷电场强度）,（2）,（3）,电荷元,dq,产生的电场,根据对称性,例,3,求均匀带电半圆环圆心处的 ，已知,R,、,例,4,均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度.,有一半径为 ,电荷均匀分布的薄圆盘,其电荷面密度为 .求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点处的电场强度.,解,由例,2,（点电荷电场强度）,讨 论,无限大均匀带电平面的电场强度,例,5,两块无限大均匀带电平面，已知电荷面密度为,，,计算场强分布。,两板之间：,两板之外：,E=0,六,带电体在外电场中所受的力,课堂讨论：如图已知,q,、,d,、,S,求两板间的所用力,d,解：由场强叠加原理,例,6,计算电偶极子在均匀电场中所受的合力和合力矩,已知,解：合力,合力矩,将上式写为矢量式,力矩总是使电矩 转向 的方向，以达到稳定状态。,可见：力矩最大；力矩最小。,例,7.,一均匀带电球面，电荷面密度为,，球面内电场强度处处为零，球面上面元,d,S,带有,d,S,的电荷，该电荷在球面内各点产生的电场强度 ,(A),处处为零,(B),不一定都为零,(C),处处不为零,(D),无法判定,答案：,C,作业,9.6,静电场练习一,