大学物理电磁学静电场理论1PPT推荐.ppt

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1.两条基本实验定律两条基本实验定律：

库仑定律，静电力叠加原理。

：

3.两条基本定理两条基本定理：

静电场高斯定理，环路定理。

揭示静电场基本性质揭示静电场基本性质（有源场、保守场有源场、保守场）。

4.静电场与物质（导体和电介质）的相互作用。

静电场与物质（导体和电介质）的相互作用。

5.稳恒电场。

稳恒电场。

2.两个基本物理量两个基本物理量：

电场强度：

电场强度，电势电势。

第一节第一节两条基本实验定律两条基本实验定律静电场静电场一一.库仑定律库仑定律中学中学：

真空中，两个静止的点电荷间相互作用力：

真空中，两个静止的点电荷间相互作用力静电力恒量静电力恒量写成矢量式：

写成矢量式：

是单位矢量是单位矢量目的：

目的：

使后面的大量电磁学公式不出现使后面的大量电磁学公式不出现因子，因子，适用范围适用范围:

目前认为在目前认为在范围均成立。

范围均成立。

162页页,表表8.1-1:

验证库仑定律平方反比关系的实验结果验证库仑定律平方反比关系的实验结果引入真空电容率：

引入真空电容率：

数量级：

四种基本相互作用相对强度四种基本相互作用相对强度强力强力电磁力电磁力弱力弱力引力引力两点电荷间相互作用力不因其它电荷的存在而改变。

两点电荷间相互作用力不因其它电荷的存在而改变。

点电荷系对某点电荷的作用等于系内各点电荷单独存点电荷系对某点电荷的作用等于系内各点电荷单独存在时对该电荷作用的矢量和。

在时对该电荷作用的矢量和。

二二.电场力叠加原理电场力叠加原理例：

例：

在卢瑟福在卢瑟福粒子散射实验中，粒子散射实验中，粒子可达到离金粒子可达到离金原子核原子核处，求它们相互斥力的大小。

处，求它们相互斥力的大小。

三三.静电场静电场1.“场场”概念的建立和发展概念的建立和发展17世纪：

世纪：

英国牛顿：

力可以通过一无所有的空间以无穷大速率力可以通过一无所有的空间以无穷大速率传递，关键是归纳力的数学形式而不必探求其传递机制传递，关键是归纳力的数学形式而不必探求其传递机制.法国笛卡尔：

法国笛卡尔：

力靠充满空间的力靠充满空间的“以太以太”的涡旋运动和的涡旋运动和弹性形变传递弹性形变传递.“你在巴黎看见由充满空间稀薄物质的涡旋构成的宇宙，你在巴黎看见由充满空间稀薄物质的涡旋构成的宇宙，而这些东西在伦敦却荡然无存，我们什么也看不见，在而这些东西在伦敦却荡然无存，我们什么也看不见，在你周围只有引起海潮的月亮的引力你周围只有引起海潮的月亮的引力”伏尔泰伏尔泰电荷电荷电场电场电荷电荷18世纪：

力的超距作用思想风行欧洲大陆。

英国法拉第：

探索电磁力传递机制探索电磁力传递机制,由电极化现由电极化现象和磁化现象提出象和磁化现象提出“场场”的概念。

的概念。

19世纪：

英国麦克斯韦英国麦克斯韦建立电磁场方程，定量描述场的性质建立电磁场方程，定量描述场的性质和场运动规律。

和场运动规律。

AB光子理论认为电磁场由光子组成，带电粒子通过光子理论认为电磁场由光子组成，带电粒子通过交换光子相互作用。

（传球模型）交换光子相互作用。

（传球模型）20世纪：

爱因斯坦：

相对论树立了相对论树立了“场场”的实在地位的实在地位质能关系揭示出实物与场不能截然划分。

场本身参质能关系揭示出实物与场不能截然划分。

场本身参与能量和动量交换，是物质存在的基本形式之一。

与能量和动量交换，是物质存在的基本形式之一。

用用、来分别描述静电场的上述两项性质来分别描述静电场的上述两项性质2.静电场：

静电场：

相对于观察者静止的带电体周围的电场相对于观察者静止的带电体周围的电场

（1）场中任何带电体都受电场力作用场中任何带电体都受电场力作用动量传递动量传递

（2）带电体在电场中移动时，场对带电体做功带电体在电场中移动时，场对带电体做功能量传递能量传递第二节第二节电场强度电场强度场源电荷：

场源电荷：

产生电场的点电荷、点电荷系、或带电体。

检验电荷：

电量足够小的点电荷电量足够小的点电荷略去对略去对场源电荷场源电荷分布的影响分布的影响与场点对应与场点对应一一.电场强度电场强度定义定义大小：

大小：

等于单位检验电荷在该点等于单位检验电荷在该点所受电场力所受电场力单位：

单位：

N/C;

V/m。

方向：

与与受力方向相同受力方向相同空间矢量函数空间矢量函数研究静电场也就是研究各种场源电荷的研究静电场也就是研究各种场源电荷的分布分布由静由静电场力叠加原理电场力叠加原理静静电场强叠加原理：

电场强叠加原理：

点电荷系电场中某点总场强等于点电荷系电场中某点总场强等于各点电荷单独存在时在该点产生的场强矢量和。

各点电荷单独存在时在该点产生的场强矢量和。

二二.计算场强计算场强分布的基本方法分布的基本方法将带电体看成许多点电荷的集合原则上可求出任意场源电荷的分布点电荷公式和叠加原理基本方法：

基本方法：

已知场源电荷分布已知场源电荷分布由定义求由定义求.由高斯定理求由高斯定理求.计算计算方法方法:

由点电荷由点电荷公式和公式和叠加原理求叠加原理求.由由与与的关系求的关系求.2.点电荷系点电荷系3.连续带电体连续带电体1.点电荷点电荷公式公式例一例一电偶极子的电场电偶极子的电场电偶极子：

电偶极子：

相距很近的等量异号电荷相距很近的等量异号电荷电偶极矩：

电偶极矩：

是由电介质极化，电磁波的发射、接收，是由电介质极化，电磁波的发射、接收，中性原子间相互作用中性原子间相互作用总结出的总结出的理想模型。

理想模型。

分子分子1.1.轴线延长线上轴线延长线上A的场强的场强2.中垂面上中垂面上B的场强的场强3.一般情况：

一般情况：

见第见第166页页例例11例二例二均匀带电细棒的电场。

均匀带电细棒的电场。

已知：

电荷线密度电荷线密度场点场点求：

求：

解：

建立坐标系建立坐标系取：

取：

与方向：

与夹夹角角大小：

各电荷元在各电荷元在点场强方向不同，点场强方向不同，应该用分量积分：

应该用分量积分：

统一变量：

得：

讨论：

对靠近直线场点对靠近直线场点即理想模型即理想模型无限长带电直线场强公式无限长带电直线场强公式：

练习：

P.2078-10（a）已知：

所受无限长带电所受无限长带电直线的力直线的力AB由对称性：

由对称性：

建立如图坐标建立如图坐标.在在上坐标上坐标处取电荷元处取电荷元无限长带电直线在无限长带电直线在处的场强处的场强受力大小受力大小ABoxdqx写成矢量式：

的指向取决于的指向取决于是同号还是异号。

是同号还是异号。

例三例三.均匀带电细圆环轴线上的电场均匀带电细圆环轴线上的电场求：

，场点，场点ABoxdqx解：

建立建立坐标坐标在圆环上取在圆环上取各电荷元在各电荷元在点点方向不同，分布于一个圆锥面上，方向不同，分布于一个圆锥面上，将将分解为平行于分解为平行于轴的分量轴的分量和在垂直于和在垂直于轴平面内的分量轴平面内的分量由对称性可知由对称性可知讨论：

环心处环心处练习：

无限大均匀带电平面的电场。

已知电荷面密度已知电荷面密度。

为利用例三结果简化计算为利用例三结果简化计算。

将无限大平面视为半径将无限大平面视为半径的圆盘的圆盘由许多由许多均匀带电圆环组成均匀带电圆环组成。

思路：

结论：

1.无限大带电平面产生与平面垂直的均匀电场无限大带电平面产生与平面垂直的均匀电场2.两平行无限大带电平面（两平行无限大带电平面（）的电场）的电场两平面间两平面间两平面外侧两平面外侧+=电场强度小结电场强度小结电场强度的定义：

电场强度的定义：

定量研究电场：

对给定场源电荷求其对给定场源电荷求其分布函数分布函数.基本方法：

用点电荷电场公式和场强叠加原理用点电荷电场公式和场强叠加原理均匀带电圆环轴线上：

均匀带电圆环轴线上：

无限长均匀带电直线：

垂直于带电直线垂直于带电直线无限大均匀带电平面：

无限大均匀带电平面：

垂直于带电面垂直于带电面典型带电体典型带电体分布：

分布：