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1、大学物理电场强度1、什么就是电磁、什么就是电磁学学电磁运动就是物质得一种基本运动形式。电磁学就是研电磁运动就是物质得一种基本运动形式。电磁学就是研究电磁运动及其规律得物理学分支。究电磁运动及其规律得物理学分支。2、电磁学得主要内容、电磁学得主要内容电荷、电流产生电场与磁场得规律电荷、电流产生电场与磁场得规律;电场与磁场得相互作用电场与磁场得相互作用;电磁场对电流、电荷得作用电磁场对电流、电荷得作用;电磁场中物质得各种性质。电磁场中物质得各种性质。3、学习电磁学得意义、学习电磁学得意义在现代物理学中得地位就是非常重要得。在现代物理学中得地位就是非常重要得。深入认识物质结构。深入认识物质结构。就是
2、学习电工学、无线电电子学、自动控制、计算机技术等就是学习电工学、无线电电子学、自动控制、计算机技术等学科得基础。学科得基础。第三部分第三部分 电磁学电磁学第六章第六章真空中得静电场真空中得静电场本章主要内容本章主要内容:研究真空中静电场得基本特性研究真空中静电场得基本特性:静电场得基本定律静电场得基本定律:库仑定律、叠加定律库仑定律、叠加定律 静电场得基本定理静电场得基本定理:高斯定理、环路定理高斯定理、环路定理 描述静电场得物理量描述静电场得物理量:电场强度、电势电场强度、电势 静电场对电荷得作用静电场对电荷得作用 一、电荷一、电荷 6-1 6-1 电荷电荷 库仑定律库仑定律 1 1、电荷得
3、种类电荷得种类:正电荷、负电荷正电荷、负电荷4 4、电荷守恒定律电荷守恒定律(演示演示)5 5、电荷得量子化效应电荷得量子化效应:q=neq=ne2 2、电荷得性质电荷得性质:同号相斥、异号相吸同号相斥、异号相吸3 3、电量电量:电荷得多少电荷得多少 单位单位:库仑库仑 符号符号:C Cn=1,2,3,、2 2、库仑定律库仑定律 可以简化为点电荷得条件可以简化为点电荷得条件:Q1rddr1 1、点电荷模型点电荷模型 施力电荷指向受力电荷矢径方向得单位矢量施力电荷指向受力电荷矢径方向得单位矢量 实验给出实验给出:k=8、9880 10 9 Nm2/C2二、库仑定律与叠加原理二、库仑定律与叠加原理
4、 说明说明:库仑定律库仑定律适用得条件适用得条件:真空中点电荷间得相互作用真空中点电荷间得相互作用 电荷对观测者静止电荷对观测者静止 0 真空介电常量真空介电常量 (dielectric constant 有理化有理化:引入常量引入常量 0,有有:令令 of vacuum)q1,q2包包含含符符号号,若若q1,q2同同号号则则为为斥斥力力,若若q1,q2异号则为引力异号则为引力。数学表达式数学表达式离散状态离散状态连续分布连续分布3 3、静电力得叠加原理静电力得叠加原理 作用于某电荷上得总静电力等于其她点电荷单独作用于某电荷上得总静电力等于其她点电荷单独存在时作用于该电荷得静电力得矢量与。存在
5、时作用于该电荷得静电力得矢量与。例、例、在氢原子中在氢原子中,电子与质子之间得距离约为电子与质子之间得距离约为5 5、310310-11-11m m,求它求它们之间得库仑力与万有引力们之间得库仑力与万有引力,并比较它们得大小。并比较它们得大小。解解:氢原子核与电子可瞧作点电荷氢原子核与电子可瞧作点电荷万有引力为万有引力为两值比较两值比较结论结论:库仑力比万有引力大得多库仑力比万有引力大得多,所以在原子中所以在原子中,作用在电子上得力作用在电子上得力,主要就是电场力主要就是电场力,万有引力完全可万有引力完全可以忽略不计。以忽略不计。一、电场一、电场6-2 6-2 静电场静电场 电场强度电场强度
6、电场电场 电荷电荷 电荷电荷 2.对外表现：对外表现：a.力的角度力的角度:对电荷（带电体）施加作对电荷（带电体）施加作用力用力b b.功的角度功的角度:电场力对电荷（带电体）电场力对电荷（带电体）作功作功1 1、电荷间作用电荷间作用 10大家应该也有点累了,稍作休息大家有疑问得大家有疑问得大家有疑问得大家有疑问得,可以询问与交流可以询问与交流可以询问与交流可以询问与交流在不同场点在不同场点,静止得试验电荷受得电场力不相同静止得试验电荷受得电场力不相同;在同一场点在同一场点,改变静止试验电荷电量大小改变静止试验电荷电量大小,试验电荷试验电荷所受力也不相同所受力也不相同,但比值但比值 就是一个常
7、矢量就是一个常矢量;选择场中不同得场点选择场中不同得场点,重复重复得实验发现得实验发现,比值比值 随着场点得不同这个矢量也在变化。随着场点得不同这个矢量也在变化。1 1、试验电荷试验电荷q q0 0及条件及条件 点电荷点电荷(尺寸小尺寸小)q q0 0足够小，对待测电场影响小足够小，对待测电场影响小2 2、实验结果实验结果 二、电场强度二、电场强度3 3、电场强度电场强度 q0q0 电场中某点得电场强度等于单位电场中某点得电场强度等于单位正试验电荷在该点所受得电场力。正试验电荷在该点所受得电场力。4 4、场强叠加原理场强叠加原理 设有若干个静止得点电荷设有若干个静止得点电荷q1、q2、qN 则
8、它们同时存在时得场强为则它们同时存在时得场强为它们单独存在时得场强分别为它们单独存在时得场强分别为 1 1、点电荷得电场点电荷得电场 特点特点:(1)(1)就是球对称得就是球对称得;(2)(2)就是与就是与 r 平方成反比平方成反比 得非均匀场。得非均匀场。FP当当 r 0 时，时，E?此时此时,点电荷模型已失效点电荷模型已失效,所以这个公式已不能用！所以这个公式已不能用！三、电场强度得计算三、电场强度得计算2 2、点电荷系得电场点电荷系得电场 q1qiq2EEi Pri 点电荷点电荷qi 得场强得场强:总场强总场强:点电荷系点电荷系场强叠加原理场强叠加原理 例例 1、求电偶极子得场求电偶极子
9、得场强强r l 具有相对意义具有相对意义。q,-q电偶极子电偶极子:一对靠得很近得等量异号得点电荷一对靠得很近得等量异号得点电荷所组成得电荷系。所组成得电荷系。电偶极矩电偶极矩基本方法基本方法:(1)轴线上得场强轴线上得场强 r l 时时:-q+q ro PEE+E-l=l r r0 0(2)中垂线上得场强中垂线上得场强 (自学自学)roPE+-qEE-p+q电偶极子场强分布得得特点电偶极子场强分布得得特点:由书由书 P181 例例6-3,有有:3 3、连续带电体得电场连续带电体得电场 取电荷元取电荷元:体电荷体电荷 dq=dv :体电荷密度体电荷密度面电荷面电荷 dq=ds :面电荷密度面电
10、荷密度线电荷线电荷 dq=dl :线电荷密度线电荷密度qdqrP微积分思想微积分思想 矢量积分化为分量积分矢量积分化为分量积分 例例2、求一均匀带电直线求一均匀带电直线(已知已知q,L,a)在在P点得电场。点得电场。解解:建立直角坐标系建立直角坐标系 取线元取线元 dy 带电带电将将投影到坐标轴上投影到坐标轴上xyPdy 积分变量代换积分变量代换 积分积分讨论讨论:(1 1)若若 则则当当方向沿半径指向外方向沿半径指向外 方向沿半径指向内方向沿半径指向内 ,(2 2)若为半无限长带电若为半无限长带电直线直线,则则课堂练习课堂练习求均匀带电细杆延长线上一点得场强。已知求均匀带电细杆延长线上一点得
11、场强。已知 q,L,a例例3、求一均匀带电圆环轴线上任一点求一均匀带电圆环轴线上任一点 x处得电场。处得电场。已知已知:q、a、x。yzxxpadqr分析yzxxpadqr讨论讨论（1）当当 的方向沿的方向沿x轴正向轴正向当当 的方向沿的方向沿x轴负向轴负向（2）当当x=0,即在圆环中心处即在圆环中心处，当当 x （3）当当 时，时，这时可以这时可以把带电圆环瞧作一个点电荷把带电圆环瞧作一个点电荷这正反映了这正反映了点电荷概念得相对性点电荷概念得相对性 求均匀带电半圆环圆心处的求均匀带电半圆环圆心处的 ，已知，已知 R、电荷元电荷元dq产生得场产生得场根据对称性根据对称性 场强的计算场强的计算
12、例例4、均匀带电圆盘轴线上一点得场强。、均匀带电圆盘轴线上一点得场强。设圆盘带电量为设圆盘带电量为q,半径为半径为R。解解:带电圆盘可瞧成许多同心得圆环带电圆盘可瞧成许多同心得圆环组成组成,取一半径为取一半径为r,宽度为宽度为dr 得细得细圆环带电量圆环带电量在远离带电圆面处在远离带电圆面处,相当相当于点电荷得场强。于点电荷得场强。相当于无限大带电平面附近得电场相当于无限大带电平面附近得电场,可瞧成就是均匀场可瞧成就是均匀场,场强垂直于板面场强垂直于板面,正负由电荷得符号决定。正负由电荷得符号决定。讨论讨论:1、当当xRdER xprodrdqx讨论讨论:如图已知如图已知 q、d、S求两板间得
13、作用力求两板间得作用力d四、四、带电体在外电场中所受得力带电体在外电场中所受得力例例5 计算电偶极子在均匀电场中所受的合力和合力矩计算电偶极子在均匀电场中所受的合力和合力矩已知已知解解:合力合力合力矩合力矩将上式写为矢量式将上式写为矢量式 力矩总是使电矩力矩总是使电矩 转向转向 的方向，以达到稳定状态的方向，以达到稳定状态可见：可见：力矩最大力矩最大；力矩最小力矩最小。理解点电荷模型理解点电荷模型,熟悉库仑定律得矢量形式熟悉库仑定律得矢量形式 总结总结掌握电场强度得定义及电场强度叠加原理掌握电场强度得定义及电场强度叠加原理能计算一些简单问题中得电场强度能计算一些简单问题中得电场强度 1 1、点电荷电场点电荷电场2 2、点电荷系得电场点电荷系得电场3 3、简单连续带电体得电场简单连续带电体得电场