电场强度.ppt

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电磁学电磁学电磁学电磁学是经典物理学的一个分支学科。

主要研究是经典物理学的一个分支学科。

主要研究电荷、电流产生电场、磁场的规律；电场、磁场电荷、电流产生电场、磁场的规律；电场、磁场对电荷、电流作用的规律；电场和磁场相互联系对电荷、电流作用的规律；电场和磁场相互联系的规律；以及电磁场对物质的各种效应；电路的的规律；以及电磁场对物质的各种效应；电路的导电规律等。

导电规律等。

简介简介大学物理大学物理electromagneticselectromagnetics早期，磁学与电学是两门独立、平行的学科。

早期，磁学与电学是两门独立、平行的学科。

两个重要的实验：

两个重要的实验：

电流的磁效应电流的磁效应（1820,（1820,奥斯特奥斯特）和变和变化的化的磁场的电效应磁场的电效应（电磁感应电磁感应18311831，法拉第，法拉第）。

电磁学发展成为物理学中一个完整的分支学科。

电磁学发展成为物理学中一个完整的分支学科。

发展历史发展历史人类对电磁现象及其规律和本质的认识与探索经历人类对电磁现象及其规律和本质的认识与探索经历了漫长的历史过程。

了漫长的历史过程。

麦克斯韦麦克斯韦引入感生电场和位移电流的概念，建立引入感生电场和位移电流的概念，建立了了Maxswell方程组方程组经典经典电磁学的基本方程电磁学的基本方程（1865）（1865）。

1600年，吉尔伯特VersoriumA输出端子铝球或钢球B上电刷一段细金属导线C上滚轴D传送带E电机F下电刷G下滚轴范德格拉夫起电机范德格拉夫起电机内部导体内部导体外部导体外部导体玻璃玻璃莱顿瓶莱顿瓶（1746）（1746）静电感应现象一一.静电场及基本性质静电场及基本性质二二.恒定电流与稳恒磁场的基本性质及规律恒定电流与稳恒磁场的基本性质及规律（第七章）三三.电磁感应现象及规律电磁感应现象及规律（第八章）内容：

介绍宏观电磁场的基本规律和客观物内容：

介绍宏观电磁场的基本规律和客观物质的电磁性质。

质的电磁性质。

真空中的静电场导体和电介质（第六章）真空中的静电场真空中的静电场第五章主要内容主要内容11库仑定律库仑定律22静电场静电场电场强度电场强度33高斯定律高斯定律教学基本要求教学基本要求五五理解理解电势梯度与场强之间的关系，掌握由电势梯度与场强之间的关系，掌握由电势求场强的方法电势求场强的方法.一一了解了解电荷及性质；电荷及性质；掌握掌握库仑定律库仑定律.二二理解理解电场的概念；明确电场的矢量性和可电场的概念；明确电场的矢量性和可叠加性；会利用电场叠加原理求解简单带电体的电叠加性；会利用电场叠加原理求解简单带电体的电场分布场分布.三三理解理解高斯定理的物理意义；能够利用高斯高斯定理的物理意义；能够利用高斯定理求解特殊场分布定理求解特殊场分布.四四掌握掌握求解电势的两种方法：

电势的积分定求解电势的两种方法：

电势的积分定义式法和电势叠加法义式法和电势叠加法.6.1.1电荷电荷一、电荷的种类一、电荷的种类自然界存在正、负两种电荷自然界存在正、负两种电荷同性电荷相斥，异性相吸同性电荷相斥，异性相吸二、电荷的量子化二、电荷的量子化在自然界中，电荷Q总是以一确定基本单元e的整数倍出现。

近代物理从理论上预言基本粒子由若干种夸克或反夸克组成，每一个夸克或反夸克可能带有e或e的电量，然而至今单独存在的夸克尚未在实验中发现。

美国物理学家盖尔曼盖尔曼（MurrayGell-Mann，1929-）于1964年提出的夸克模型夸克模型底底奇奇下下顶顶魅魅上上质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。

共有18种夸克，另有它们对应的18种反夸克。

三、电荷守恒定律三、电荷守恒定律在在孤立孤立系统中系统中,正、负电荷的代数和保持不变正、负电荷的代数和保持不变.（自然界的基本守恒定律之一）（自然界的基本守恒定律之一）电荷守恒定律对宏观过程和微观过程均适用电荷守恒定律对宏观过程和微观过程均适用正、负电子对的湮灭与产生正、负电子对的湮灭与产生四、电荷量的相对论不变性四、电荷量的相对论不变性孤立系统的电量，与其运动状态无关。

孤立系统的电量，与其运动状态无关。

五、电荷的对称性五、电荷的对称性对于每种带电的基本粒子，必然存在与之对应的、带对于每种带电的基本粒子，必然存在与之对应的、带等量异号电荷的另一种基本粒子等量异号电荷的另一种基本粒子反粒子反粒子。

5.1.2库仑定律库仑定律一、真空中的库仑定律一、真空中的库仑定律SI制制点电荷模型点电荷模型相对于要研究的问题，其大小和形状可以忽略的带电体。

（为真空电容率）令

（2）库仑定律指出两静止电荷间的作用力是库仑定律指出两静止电荷间的作用力是有心力有心力讨论讨论

（1）库仑定律成立的条件是库仑定律成立的条件是真空真空和和静止静止静止：

静止：

两个电荷相对静止相对静止，且相对于观察者静止且相对于观察者静止；可放宽为静止的源电荷对运动电荷的作用力。

但不能推广至运动电荷对静止电荷的作用力。

力的大小与两电荷间的距离服从平方反比律平方反比律。

（3）库仑定律是一条库仑定律是一条实验定律实验定律（4）库仑定律给出的平方反比律中，库仑定律给出的平方反比律中，r值的范围相当大值的范围相当大近代物理实验表明，r的数量级可在1017107m范围。

（5）库仑定律适用于库仑定律适用于点电荷，故点电荷，故r永不趋于零永不趋于零当存在两个以上电荷时，只存在当存在两个以上电荷时，只存在两两两两之间的作用之间的作用，即，即某一点电荷所受总的作用力等于其它各个点电荷单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和库仑力的库仑力的叠加原理叠加原理F1F2二、库仑力的叠加原理二、库仑力的叠加原理对于电荷连续分布的有限大小的带电体，可将其视为由对于电荷连续分布的有限大小的带电体，可将其视为由许多许多电荷元所组成的电荷系统电荷元所组成的电荷系统。

电荷元电荷元dq对对q0的作用力的作用力dF为为根据电力叠加原理：

根据电力叠加原理：

（矢量积分）（矢量积分）基本特征：

基本特征：

历史上存在着两种作用的争论：

超距作用：

不需要任何媒介，也不需要时间的超距作用：

不需要任何媒介，也不需要时间的传递。

传递。

即相互作用力以即相互作用力以无限大速度无限大速度在两物体间直接传递。

在两物体间直接传递。

电荷电荷电荷电荷近距作用：

通过接触或媒介，作用需要时间。

近距作用：

通过接触或媒介，作用需要时间。

最初认为媒介是“以太以太”。

1887年A.A.Michelson与E.W.Morley合作实验得到“零零”结果结果，否定了“以太”的存在。

1907年诺贝尔奖1.相互作用的传递相互作用的传递6.1.2电场电场电场强度电场强度2.场的提出，法拉第的力线思想场的提出，法拉第的力线思想Faraday近距作用观点的场场论思想多用力线力线表达，也称为力线思想。

W.Thomson指出：

“在Faraday的许多贡献中，最伟大的一个就是力线概念了。

我想，借助于它就可以把电场和磁场的许多性质，最简单而又极富启发性地表示出来。

”3.电场电场以太并不存在，电力（磁力）通过电场（磁场）传递。

以太并不存在，电力（磁力）通过电场（磁场）传递。

凡是有电荷的地方，周围就存在电场。

凡是有电荷的地方，周围就存在电场。

电场对处在场内的其他电荷有力作用。

电荷受到电场的作用力电场对处在场内的其他电荷有力作用。

电荷受到电场的作用力仅仅由该电荷所在处的电场决定由该电荷所在处的电场决定，与其他地方的电场无关，这就，与其他地方的电场无关，这就是场的观点。

是场的观点。

电荷电荷电场电场电荷电荷即开尔文勋爵电荷会在其周围激发电场，该电场对处在其中的任何电荷都有作用力电场是物质存在的一种形态，也具有能量、电场是物质存在的一种形态，也具有能量、动量、速度动量、速度4.静电场静电场静电场对其他电荷的作用力就是静电力。

或电场的基本性质电场的基本性质对放在其内的任何电荷都有作用力对放在其内的任何电荷都有作用力电场力对移动的电荷作功电场力对移动的电荷作功二、电场强度的定义二、电场强度的定义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方向.电荷在电场中受力试验电荷：

电荷量足够小,线度足够小。

故对原电场几乎无影响，且可反映空间点的情况。

：

场源电荷：

试验电荷单位或或检验电荷在电场中不同位置的受力情况检验电荷在电场中不同位置的受力情况（场源电荷与检验电荷均为正）（场源电荷与检验电荷均为正）P2q0P6塑料支柱塑料支柱qP1P4P3q0P5请选择你认为是对的答案请选择你认为是对的答案

（1）EE与与qq成反比，因为成反比，因为公式中公式中qq00出现在分母上。

出现在分母上。

电场强度电场强度的物理意义表明的物理意义表明

（2）EE与与qq无关，因为分无关，因为分子子FF中含有中含有qq因子。

因子。

6.1.2电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理合库仑力合库仑力合场强合场强5.2.3电场强度的计算电场强度的计算一、点电荷的电场一、点电荷的电场讨论讨论若若q0，沿沿方向；方向；若若q0）或其反或其反方向方向（q0）。

2.的大小只与距离的大小只与距离r有关。

有关。

与与r2成反比，成反比，思考：

思考：

二、点电荷系的电场二、点电荷系的电场三、连续带电体的电场三、连续带电体的电场电荷密度电荷密度体电荷密度：

体电荷密度：

面电荷密度：

面电荷密度：

线电荷密度：

线电荷密度：

四、几种典型带电系统的电场四、几种典型带电系统的电场电偶极矩（电矩）1.电偶极子的电场强度电偶极子的电场强度

（1）电偶极子轴线延长线上一点的电场强度

（2）（按书上求解步骤讲）电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度由对称性有解：

解：

（可讲可不讲）例（可讲可不讲）例6.4在垂直于均匀带电圆环的轴上的场强。

一均匀带电细圆环，半径为R，总电量为q，求圆环轴线上任一点的场强。

（1）（点电荷电场强度）

（2）（3）讨论：

讨论：

作业6.3