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1、第九章 静止电荷与静电场,自然界存在大量的电现象，与人类的生活和生产密切相关。,电荷是产生电磁场的源,由相对于观察者静止的电荷产生的场称为静电场；,由相对于观察者运动的电荷产生的场的一部分称为磁场。,第一节 电荷 库仑定律,两种电荷正电荷和负电荷 （1747，美，富兰克林）,电荷（charge）是粒子的性质，电荷是一个概念，只能通过存在的后果来描述。 电磁场之源,1、电荷基本概念,9.1.1 电荷,电荷的基本性质：,电荷与电荷之间存在相互作用力，同种电荷相斥，异种电荷相吸。,电荷量（q） ：物体带电荷的多少。单位：库仑（C）,3,2、电荷的量子化,密立根（R.A.millikan 190619
2、17年)，用液滴法测定了电子电荷，证明微小粒子带电量的变化是不连续的，它只能是元电荷 e 的整数倍,即粒子的电荷是量子化的。获1923年诺贝尔物理学奖。,1986年的推荐值为：e =1.6021773310-19库仑(C),量子化现象在自然界普遍存在,只有当系统由少量粒子构成时才明显体现其作用,4,在一个孤立系统（与外界没有电荷交换）内发生的任何物理过程中，正负电荷的代数和保持不变。,3、电荷守恒定律：,不管在宏观尺度上还是在微观尺度上，电荷守恒定律都成立。,在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。电荷的这一性质叫做电荷量的相对论不变性。,4、电荷量的相对论不变性,例如：两物体摩擦起电
3、，通过电荷转移（电子转移到另一个物体上），最终两物体带有等量异号的电荷。,实验发现两个带电体之间有相互作用力。 如何探索带电体之间相互作用力规律？,消除形状的影响 2）先研究两个微小电荷之间的相互作用力规律基本原理； 3）再由叠加原理得到总的相互作用力。,“基本原理”+“叠加原理”,1）将带电体划分成足够小的微元：,6,库仑 (C.A.Coulomb 1736 1806）,法国物理学家，法国科学院院士。1785年通过扭秤实验创立库仑定律, 使电磁学的研究从定性进入定量阶段. 电荷的单位库仑以他的姓氏命名.,9.1.2 库仑定律,电磁学的最基本规律,库仑通过扭秤实验发现在真空中两个静止点电荷之间
4、的作用力有如下规律：,2）作用力的方向沿着两个点电荷的连线方向；,3）两点电荷间的相互作用力大小相等，方向相反，满足牛顿第三定律。,如何表示库仑力的大小？,1）大小与其电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比；,库仑定律是个实验定律，两电荷之间的距离在10-15-109cm的范围是正确有效的，并且只适用于静止的点电荷。,称为真空的介电系数或电容率,如何表示库仑力的方向？,比例系数的有理化：,同号电荷相排斥，异号电荷相吸引！,点电荷之间的相互作用力与电荷间相互距离的平方成反比；这一点至关重要！,单位矢量,实验表明，库仑力满足线性叠加原理，即多个点电荷同时作用于一个点电荷的力等于每个点电荷单独
5、存在是对该点电荷作用力之矢量和。,静电力的叠加原理,基本原理+叠加原理 解决复杂的问题,如何解决多个点电荷同时作用于一个点电荷的力的问题？,如何解决带电体作用于一个点电荷的力的问题？,基本原理+叠加原理 解决复杂的问题,1、将带电体划分成微小的“点电荷”dq,2、用库仑定律计算两点电荷之间的相互作用力dF,3、积分法计算出整个带电体对点电荷q0的作用力F：,例题1： 求放在正方形中心的点电荷q0所受的库仑力。,基本原理+叠加原理,【解】,【问题延伸】若将下边的两个负电荷换成等量的正电荷，结果如何？,方向竖直向下,13,第二节 电场强度,2. 电场的性质：,1 放在电场中的电荷要受到电场力的作用
6、 2 在电场中移动电荷，电场力要对电荷做功,9.2.1 电场 (Electric field),两个电荷之间的相互作用力是如何传递的？是否需要时间？,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。,电荷之间的相互作用力是通过电场传递的，或者说电荷周围存在电场，进入电场中的任何带电体，都将受到电场的作用力。,14,场强与试验电荷无关，反映电场本身的性质。,1. 试验电荷,2. 电场强度描述电场强弱与方向的物理量,利用“电场对处于其中的电荷有力的作用”这一性质。,3）单位：,牛顿/库仑N/C，或伏特/米（V/m）。,如何检验电场的存在
7、和描述电场的强弱？,9.2.2 电场强度描述电场强弱的物理量,体积和电量均足够小的点电荷。,实验发现：在电场中某一点，F/q0是常数，F 的方向不变。,1）定义：,2）物理意义：,单位正电荷在电场中某点所受到的电场力。 表示空间某一点电场的强弱与方向。,15,1、点电荷产生的电场强度,9.2.3 电场强度的计算 场强叠加原理,如果已知带电体的情况（大小、形状和带电量），能不能用理论计算的方法求出该带电体产生的电场强度？,电场强度的大小：,电场强度的方向：,当 q0 时， E 的方向沿矢径指向外；,当 qR时：,此时, 相当于一个点电荷的电场强度.,圆环中心的场强等于零。 这是迭加原理的必然结果
8、。,例题5 均匀带电圆盘垂直于盘面的轴线上一点的场强。 设圆盘带电量为 ，半径为,【解】带电圆盘可看成许多同心的圆环组成。,取一半径为r，宽度为dr 的细圆环。其带电量为：,方向：沿轴线（x轴）方向。,讨论1,相当于无限大均匀带电平面产生的电场强度，可看成是均匀场，场强垂直于板面，方向由电荷的正负决定。,无限大均匀带电平面产生的电场强度,在远离带电圆面处，相当于点电荷产生的电场强度。,讨论2 当,利用二项式展开，保留到二次项，得：,会如何？,两种最常用的电场强度,方向垂直于棒,具有柱面对称性,1、无限长均匀带电直线的场强,2、无限大均匀带电平面产生的电场强度,36,小 结,1. 库仑定律-点电
9、荷之间的相互作用规律,2. 库仑力的叠加原理：即多个电荷同时作用力等于每个电荷单独作用力之矢量和。,3. 电场强度描述电场强弱的物理量,单位正电荷在电场中 某点所受到的电场力,37,（1）点电荷产生的电场强度,（2）点电荷系 产生的电场中的场强,（3）任意带电体(连续带电体)电场中的场强,(1) 无限长均匀带 电细棒的场强,5. 几个常用的电场公式,(2)圆环在其中轴线上 任意点产生的场强,4. 电场强度的计算 场强叠加原理,(3)无限大均匀带电平面产生的场强,38,积分法求场强的一般步骤：,1）根据带电体的形状，建立坐标系，选取合适的电荷元dq；,3）如dE的方向是变化的，将dE向各坐标轴方向分解得到元分量；,4）对各元分量分别进行积分，得到总场强的分量；,5) 将各分量合成，得到总场强E，并加以适当的讨论。,2）写出dq产生的元场强dE，并搞清dE的方向是否变化；,
