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1、库仑定律和电场第1页，此课件共29页哦1905年爱因斯坦建立年爱因斯坦建立狭义相对论狭义相对论1865年麦克斯韦提出年麦克斯韦提出电磁场理论电磁场理论1820年年奥斯特发现奥斯特发现电流对磁针的作用电流对磁针的作用公元前公元前600年年1831年年法拉第发现法拉第发现电磁感应现象电磁感应现象古希腊泰勒斯古希腊泰勒斯第一次记载电现象第一次记载电现象第2页，此课件共29页哦电磁学研究内容电磁学研究内容1 电荷，电流产生电场，磁场的规律2 电场和磁场的相互联系3 电磁场与物质的相互作用第3页，此课件共29页哦第十章第十章 电荷和静电场电荷和静电场电荷是产生电磁场的源泉；电荷是产生电磁场的源泉；相对于
2、观察者为静止的电荷称为相对于观察者为静止的电荷称为静电荷静电荷。它在空间。它在空间所产生的场为所产生的场为静电场静电场，它是电磁场的一种特殊状，它是电磁场的一种特殊状态。态。第4页，此课件共29页哦10.1 电荷和库仑定律电荷和库仑定律物质的电结构理论物质的电结构理论原子核原子核电子电子第5页，此课件共29页哦1.存两种电荷：正电荷、负电荷存两种电荷：正电荷、负电荷产生电荷的方法产生电荷的方法:摩擦起电和静电感应摩擦起电和静电感应2.电荷之间有相互作用：异号相吸引，同号相排斥。电荷之间有相互作用：异号相吸引，同号相排斥。3.电荷量子化电荷量子化-密立根液滴法实验密立根液滴法实验e e=1.60
3、21773310=1.6021773310-19-19库仑库仑(C(C)迄今所知，电子是经实验验证的自然界中存在的最小迄今所知，电子是经实验验证的自然界中存在的最小负电荷，质子是最小的正电荷。负电荷，质子是最小的正电荷。(电量的国际单位电量的国际单位)4.电荷量的相对论不变性电荷量的相对论不变性表述：表述：5.电荷守恒定律（电荷守恒定律（law of conservation of charge)在一个与外界没有电荷交换的系统内，正负在一个与外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。第6页，此课件共29页哦18世纪后期开始了电荷相
4、互作用的定量世纪后期开始了电荷相互作用的定量研究。研究。1769年，鲁宾孙Robison通过作用在一个小球上电力和重力平衡的实验，直接测定了两个电荷相互作用力与距离二次方成反比1773年，卡文迪什推算出电力与距离二次方成反比1785年，库伦设计了精巧的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与他们之间距离的平方成反比，与他们电量的乘积成正比。第7页，此课件共29页哦库仑定律库仑定律 -真空中点电荷间的相互作用真空中点电荷间的相互作用点电荷（理想模型）点电荷（理想模型）当带电体的大小当带电体的大小和带电体之间的距离相比很小时，这种带电体就可看作点电和带电体之间的距离相比很小时，这种带电体就
5、可看作点电荷。（忽略其形状和大小）荷。（忽略其形状和大小）表示单位矢量表示单位矢量1/40=8.9880 109 Nm2/C2 9 109 Nm2/C2 0真空介电常数真空介电常数(Permittivity of vacuum)0=8.85 10-12 C2/Nm2第8页，此课件共29页哦同号电荷:异号电荷:真空中的库仑定律真空中的库仑定律 真空中两个静止点电荷之间的作用力真空中两个静止点电荷之间的作用力 的大小与这两的大小与这两个点电荷所带电量个点电荷所带电量 和和 的乘积成正比，与它们之的乘积成正比，与它们之间的距离间的距离 r 的平方成反比，作用力的平方成反比，作用力 的方向沿它们的的方
6、向沿它们的联线方向，同号电荷相斥，异号电荷相吸。联线方向，同号电荷相斥，异号电荷相吸。库仑定律是平方反比规律库仑定律是平方反比规律(与万有引力定律类似与万有引力定律类似)库仑定律满足定顿第三定律库仑定律满足定顿第三定律注意：注意：第9页，此课件共29页哦10.2 电场和电场强度电场和电场强度1.什么是电场？带电体周围空间存在的一种特殊的物质。其重什么是电场？带电体周围空间存在的一种特殊的物质。其重要性质之一就是当有外来电荷处于其中时会受到电场力的作用要性质之一就是当有外来电荷处于其中时会受到电场力的作用.A电电荷荷B电电荷荷电电场场激发激发电场力电场力激发激发电场力电场力第10页，此课件共29
7、页哦二、电场强度二、电场强度描述电场强弱的物理量描述电场强弱的物理量 1.试验电荷试验电荷 本身携带电荷足够小的点电荷。本身携带电荷足够小的点电荷。单位正电荷在电场中单位正电荷在电场中某点所受到的电场力某点所受到的电场力物理物理意义意义场强与试验电荷无关，反映电场场强与试验电荷无关，反映电场本身本身的性质。的性质。将将 放在电场中的某一点放在电场中的某一点P（称为场点），设受到（称为场点），设受到的电场力为的电场力为 ，则定义，则定义P点的点的电场强度电场强度(简称为简称为场强场强）为：为：2、电场强度的定义、电场强度的定义3.电场强度的单位：在国际单位制中电场强度的单位：在国际单位制中(SI
8、)电场是一个电场是一个矢量场矢量场(vector field)场强单位是场强单位是N/C。或者是伏特。或者是伏特/米（米（V/m）。）。第11页，此课件共29页哦三、电场强度的计算三、电场强度的计算 场强叠加原理场强叠加原理1 点电荷及点电荷系产生的电场强度计算点电荷及点电荷系产生的电场强度计算（1）点电荷产生的电场强度）点电荷产生的电场强度 场点场点 场源电荷场源电荷+场强的大小：场强的大小：场强的方向：场强的方向：点电荷产生的场强具有点电荷产生的场强具有球面对称性球面对称性，即在以点电荷为球心的任意球面，即在以点电荷为球心的任意球面上，场强的大小均相等，方向均沿半径方向。上，场强的大小均相
9、等，方向均沿半径方向。第12页，此课件共29页哦（2）点电荷系）点电荷系 产生的电场中的场强计算产生的电场中的场强计算 设场源由 n 个点电荷 组成，作用在场中某点P 处试验电荷 上的力 ,各点电荷所产生的力 点电荷系在某点产生的场强，等于每一个点电荷单独存在时在该点分别产生的场强的矢量和。场强叠场强叠加原理加原理第13页，此课件共29页哦 例一例一 求电偶极子连线上一点P 和中垂线上一点Q 的场强。为该电偶极子的电偶极矩（电矩）电偶极矩（电矩）。第14页，此课件共29页哦第15页，此课件共29页哦第16页，此课件共29页哦（3）任意带电体）任意带电体(连续带电体连续带电体)电场中的场强：电场
10、中的场强：将带电体分成很多元电荷将带电体分成很多元电荷 dq ,先求出先求出dq 在任意场点在任意场点 p 的场强的场强第17页，此课件共29页哦由场强叠加原理，所有电荷元在该点产生的合场强为由场强叠加原理，所有电荷元在该点产生的合场强为分量式：分量式：合场强为：合场强为：第18页，此课件共29页哦电荷线密度电荷线密度电荷面密度电荷面密度电荷体密度电荷体密度第19页，此课件共29页哦 积分法求场强的一般步骤：积分法求场强的一般步骤：1 1）根据带电体的形状，选取合适的电荷元）根据带电体的形状，选取合适的电荷元dq ；2 2）写出）写出 dq dq 产生的元场强产生的元场强 d dE E，并搞清
11、，并搞清d dE E 的方向是否的方向是否变化；变化；3 3）如）如d dE E的方向是变化的，将的方向是变化的，将d dE E沿坐标轴方向分解得到沿坐标轴方向分解得到元分量；元分量；4 4）对各元分量分别进行积分，得到总场强的分量；）对各元分量分别进行积分，得到总场强的分量；5 5）将各分量合成，得到总场强）将各分量合成，得到总场强 E E，并加以适当的讨，并加以适当的讨论。论。第20页，此课件共29页哦 例二例二 均匀带电细棒的电场。均匀带电细棒的电场。设有长度为L，总电量为+Q 的均匀带电细棒，试求棒的中垂线上一点P 处的场强，设P 点至棒的距离为 a。以及带电细棒延长线上一点Q 处的场
12、强，Q 点至棒的中点的距离亦为 a。解：（解：（1）中垂线）中垂线 建立如图坐标系，在距原点O 为 x 处取线段元 dx，电荷元为第21页，此课件共29页哦在直角坐标系中分解，得由对称性可知：第22页，此课件共29页哦所以讨论：讨论：第23页，此课件共29页哦（2）延长线：）延长线：同理取线元dx，电荷元为（方向沿（方向沿+x 轴。）轴。）第24页，此课件共29页哦 例三例三 均匀带电圆环的电场均匀带电圆环的电场 试计算均匀带电圆环轴线上任一给定点P处的场强，设圆环半径为a，圆环所带电量为Q，P点与环心的距离为x。解：解：建立如图坐标系，取电荷元dqdq在P点产生的场强大小为第25页，此课件共
13、29页哦第26页，此课件共29页哦讨论：讨论：第27页，此课件共29页哦第28页，此课件共29页哦本次课小结：本次课小结：1.库仑定律库仑定律-点电荷之间的相互作用规律点电荷之间的相互作用规律2.电场强度电场强度描述电场强弱的物理量描述电场强弱的物理量 单位正电荷在电场中单位正电荷在电场中某点所受到的电场力某点所受到的电场力（1）点电荷产生的电场强度）点电荷产生的电场强度（2）点电荷系）点电荷系 产生的电场中的场强产生的电场中的场强（3）任意带电体）任意带电体(连续带电体连续带电体)电场中的场强电场中的场强3.电场强度的计算电场强度的计算 场强叠加原理场强叠加原理定义式定义式第29页，此课件共29页哦