库仑定律 电场强度 叠加原理.ppt

一、电荷,1、两种电荷,自然界存在两种电荷，同种电荷相互排斥、,异种电荷相互吸引。一种称为，一种叫做,负电荷。,带电体:带有电荷的物体,起电:使物体带电,电量:物体所带电荷数量的多少,2、电荷的量子化,一切带电体的电量都是e的整数倍，即:,式中，e为电子所带的电量，其值为:,电量的这种只能取离散值、不连续的值的性,质，叫电荷的量子化。,3、电荷守恒定律,孤立系统内无论发生什么过程(物理过程、,化学过程)，系统内电荷的代数和不变,-电荷守恒定律,理学院 物理教研室,理学院 物理教研室,4、电荷相对论不变性,一个电荷，其电量与它的运动速度或加速度均无关。,这是电荷与质量的不同之处。电荷的这一性质 表明系统所带电荷的电量与参考系无关，即具有相 对论不变性。,电荷为Q,电荷为Q,理学院 物理教研室,二、 点电荷的物理模型,点电荷：,当带电体的形状和大小与带电体的距离 相比可以忽略时,带电体可以看成点电荷.,点电荷不是指带电体的电量很小;,当研究的场中某点P到带电体几何中心的距离远大于带电体自身时,带电体可以看成点电荷.,若已知一个点电荷,而研究场中某点P到点电荷距离充分小时,此带电体不能视为点电荷.,三、库仑定律,库仑定律: 在真空中，两个静止点电荷之间,的相互作用力大小，与它们的电量的乘积成正比，,与它们之间距离的平方成反比；作用力的方向沿,着它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。,在SI中，,理学院 物理教研室,在实际应用中很少直接应用库仑定律，都是,应用它的推导公式，为了便于计算，令:,为真空电容率，其值为:,则库仑定律表达式为:,理学院 物理教研室,讨论:,理学院 物理教研室,解,例 在氢原子内,电子和质子的间距为 求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小.,（微观领域中,万有引力比库仑力小得多,可忽略不计.）,四、电场强度,静电场: 相对于观察者静止的电荷在其周围,产生的电场。产生电场的电荷称为场源。,实验电荷: 电量q要足够小，以致引入它不,会影响原来电场的分布；,线度足够小，可视为点电荷，可确定电场,中某点的性质。,实验表明:,理学院 物理教研室,定义电场强度矢量:,物理意义: 电场中某点的电场强度大小等于,单位电荷在该处所受电场力的大小，其方向与正,电荷在该处所受的电场力的方向一致。,根据场强定义，可知电量为q的电荷在电场,中受力为:,电场强度单位:,理学院 物理教研室,四、电场强度叠加原理,1、点电荷的电场强度,由库仑定律可得:,由场强定义可得:,理学院 物理教研室,2、电场强度叠加原理,q0受力为:,所以，场点的电场强度为:,理学院 物理教研室,结论: 点电荷系所激发的电场中，任一场点,处的总场强等于各点电荷单独存在时在该点产生,的场强的矢量和，这就是电场强度叠加原理。,数学表达式:,连续带电体激发电场的电场强度,微分元dq的电场强度:,连续带电体的电场强度:,理学院 物理教研室,电荷密度,体密度 :,面密度 :,体密度:,理学院 物理教研室,在直角坐标系中，有:,方向余弦为:,理学院 物理教研室,电偶极子:两个电荷相等、符号相反、相距r0,的点电荷+q、q构成的系统，如果r0远远小于研,究距离，该系统称为电偶极子。,从q指向+q的矢量,称为电偶极子的极轴。,称为电偶极子的电偶极矩，简称电矩，用,表示:,理学院 物理教研室,(1)电偶极子的极轴延长线上一点的电场强度。,解:取图示坐标系，对于场点P有:,方向向右,方向向左,则:,方向向右,理学院 物理教研室,(2)电偶极子的中垂线上一点的电场强度。,解:取图示坐标系，对于场点P 有:,分解有:,则:,理学院 物理教研室,根据电矩定义有:,理学院 物理教研室,例: 均匀带电直线的电场,有一均匀带电直线，长度为L，总电量为q，,线外一点P到直线的距离为a，点P与直线两端的,连线与直线之间的夹角分别为1和2，求P点处的,场强。,解:建立图示坐标系，在位置x,处取微分元dx，则:,理学院 物理教研室,分解:,统一变量可得:,理学院 物理教研室,则:,积分得:,理学院 物理教研室,若均匀带电直线为无限长，那么1=0、2=，,有:,所以:,理学院 物理教研室,理学院 物理教研室,