第一章静电场 主内容.pptx

1、2020/8/21主主 要要 内内 容容1.1.静静 电电 的的 基基 本本 现现 象象 和和 基基 本本 规规 律律2.2.电电 场场 电电 场场 强强 度度3.3.高高 斯斯 定定 理理4.4.电电 位位 及及 其其 梯梯 度度5.5.静电场的应用举例静电场的应用举例2020/8/21基基 本本 要要 求求明确电荷是物质的一明确电荷是物质的一种属性种属性 :理理 解解 点点 电电 荷荷 模模 型型 ;理理 解解 电电 场场 概概 念念 :掌掌 握握 电电 通通 量量 的的 概概 念念 及及 其其 计计 算算 方方 法法 :理理 解解 电电 力力 线线 的的 概概 念念、理理 解解 和和 掌

2、掌 握握 静静 电电 场场 环环 路路 定定 理理理理 解解 掌掌 握握 电电 位位 电电 位位 差差 概概 念念理理 解解 等等 位位 面面 概概 念念2020/8/2111.1 1静电场的基本现象和基本规静电场的基本现象和基本规律1.1.11.1.1 两两 种种 电电 荷荷物物 体体 有有 吸吸 引引 轻轻 小小 物物 体体 的的 性性 质质，就就 说说 它它 带带 了了 电电，或或 有了电荷。带电的物体叫有了电荷。带电的物体叫带电体带电体。使使 物物 体体 带带 电电 叫叫 起起 电电。用用 摩摩 擦擦 方方 法法使 物 体 带 电 叫 做摩擦起电。摩擦起电。自自 然然 界界 只只 存存

3、 在在 两两 种种 电电 荷荷：正 电 荷 和 负 电 荷，且 同 种电荷相排斥异种电荷相吸种电荷相排斥异种电荷相吸引。引。2020/8/211 1.1 1.2 2 静静 电电 感感 应应 和和 电电 荷荷 守守 恒恒 定定 律律另一种重要的起电方法是静电感应。摩擦起电和另一种重要的起电方法是静电感应。摩擦起电和静电静电 感应的实验表明，起电过程是电荷从一个物体感应的实验表明，起电过程是电荷从一个物体(或物或物体体 的一部分的一部分)转移到另一物体转移到另一物体(或同一物体的另一部分或同一物体的另一部分)的 过 程。从以上一些事实可以总结出如从以上一些事实可以总结出如下定律：下定律：电荷既不能

4、被创电荷既不能被创 造，也不能被消灭，它们只能造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个从一个物体转移到另一个 物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，也就也就是说是说,在任何物理过程中，在任何物理过程中，电荷的代数和是守恒的。这个定电荷的代数和是守恒的。这个定 律律 叫叫 电电 荷荷 守守 恒恒 定定 律律。2020/8/211.1.31.1.3 物物 体体 的的 分分 类类(1)(1)导导 体体：电电 荷荷 能能 从从 产产 生生 的的 地地 方方 迅迅 速速 转转 移移 或或 传传导导 到到 其其 它它 部部 分分 的的 那那 种种 物物 体

5、体 叫叫 做做 导导 体体。(2)2)绝缘体绝缘体：电荷几乎只停留在产电荷几乎只停留在产生的地方的生的地方的 那种物体叫绝缘体。那种物体叫绝缘体。(3)3)半导体半导体：半导体是介于导体与绝缘：半导体是介于导体与绝缘体之间体之间 的的 物物 体体，而而 且且 对对 温温 度度，光光 照照，杂杂 质质，压压 力力，电磁场等外加条件极为敏感。电磁场等外加条件极为敏感。2020/8/21金金 属属，石石 墨墨，电电 解解 液液(酸酸，碱碱，盐盐 类类 的的 水水溶溶 液液),人人 体体，地地，电电 离离 的的 气气 体体 等等 都都 是是 导导 体体；玻玻 璃璃，橡橡 胶胶，丝丝 绸绸，琥琥 珀珀，

6、松松 香香，硫硫 磺磺，瓷瓷 器器，油油 类类，未未 电电 离离 的的 气气 体体 等等 都都 是是 绝绝 缘缘 体体。2020/8/211.1.41.1.4 物物 质质 的的 结结 构构物 质质 是是 由由 分分 子子，原原 子子 组组 成成 的的，而而 原原 子子 又又 由由 带带 正正 电的原子核和带负电的电子组成。原子核中电的原子核和带负电的电子组成。原子核中 有有 质质 子子 和和 中中 子子，中中 子子 不不 带带 电电，质质 子子 带带 正正 电电。一一 个个 质质 子子 所所 带带 电电 荷荷 和和 一一 个个 电电 子子 所所 带带 电电 量量 数数 值值相相 等等。如如 果

7、果 用用e 代代 表表 一一 个个 质质 子子 的的 电电 量量，则则 一一 个个电子的电量就是-e。它的近似值为e=1.60210-19e=1.60210-19 库库 仑仑2020/8/211.1.51.1.5 库库 仑仑 定定 律律库仑定律表述如下：库仑定律表述如下：在真空中，两个静止的点电荷真空中，两个静止的点电荷q1和和q2 之间的相之间的相互作用力的大小和互作用力的大小和q1与与q2的乘积成正比，和的乘积成正比，和 它们之间距离它们之间距离r r的平方成反比；作用力的方向的平方成反比；作用力的方向 沿着它们的连线，沿着它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷同号电荷相斥，异号电荷 相相 吸

8、吸。2020/8/21令令F 代表代表q 给给q 的力，的力，r 代表由代表由q 到到q q 方向的单位矢量，则方向的单位矢量，则如图所示如图所示2020/8/211.21.2 电 场 电 场 强1.2.11.2.1 电场电场近近 代代 物物 理理 学学 的的 发发 展展 告告 诉诉 我我 们们：的的 地地 方方，四四 周周 就就 存存 在在 电电 场场，即即 在自己周围的空间激发电场；在自己周围的空间激发电场；本本 性性 质质 是是，它它 对对 于于 处处 在在 其其 中中 的的 任任 何何 其其 他他 电电 荷荷 都都 有有 力力 的的 作作 用用，成成 为为 电电 场场 力力。因因 此此

9、 电电 荷荷 与电荷之间是通过电场发生相互作用的。与电荷之间是通过电场发生相互作用的。度凡凡 是是 有有 电电 荷荷 任任 何何 电电 荷荷 都都 而电场的基而电场的基2020/8/21具具 体体 的的 讲讲，图图 中中 的的 物物 体体 1 1 带带 电电 时时，1 1 上上 的的 电电 荷荷 就就在 周围的空间激发一个电场；物体周围的空间激发一个电场；物体2 2带电时，带电时，2 2上上的 电电 荷荷 也也 在在 周周 围围 的的 空空 间间 激激 发发 一一 个个 电电 场场。带带 电电 体体 2 2所 受的力受的力F 是是1 1的场施加给它的，带电体的场施加给它的，带电体1 1所受的所

10、受的力 F 是是2 2的场施加给它的。用一个图式来概括，的场施加给它的。用一个图式来概括，则则为电 荷 电电 场场 电 荷F21*电 场(F122020/8/211 1.2 2.2 2 电电 场场 强强 度度 矢矢 量量E E电场的一个重要性质是它对电荷施加作用力，下电场的一个重要性质是它对电荷施加作用力，下面以这个性面以这个性质 定量描述电场。首先在电场中引如一电荷以测量电场对它的定量描述电场。首先在电场中引如一电荷以测量电场对它的作 用 力。为 使 测 量 精 确，这 电 荷 必 须 满 足 以 下 一 些 要 求：(1)(1)这电荷的电量这电荷的电量qoqo充分小。充分小。(2)(2)电

11、荷电荷qo的几何线度也要充分小的几何线度也要充分小，即可以把它看作，即可以把它看作是点电荷。满满足以上条件的电荷足以上条件的电荷qoqo叫做叫做试探电荷试探电荷。下图为用试探电荷测场强的演示下图为用试探电荷测场强的演示实验。实验。2020/8/21现 在 研 究 电 场 中 任 一 固 定 点 的 性 质。按 照 库 仑 定 律，在 电 场 中 任 一 固 定 点p,试 探 电 荷 所 受 的 电 力 是 和 试 探 电 荷 的 电 量qo 成 正 比 的。如 果 把 试 探 电 荷 的 电 量 增 大 到 2,3,4.n 倍(但 仍 需 满 足 试 探 电 荷 的 条 件),将 看 到 同

12、一 地 点 的F 也 增 大 到 2,3,4.n 倍，而 力 的 方 向 不 变(如 图)。Pp十十-2F 与 q0 成 正示图比2020/8/21 如果把如果把qo换成等量异号换成等量异号的电荷，则力的大小不的电荷，则力的大小不变变，方方 向向 反反 转转。因因 此此 对对 于于 电电 场场 中中 的的 固固 定定 点点 来来 说说,比值比值F/qo是一个无论大小和方向都与试探电是一个无论大小和方向都与试探电 荷荷 无无 关关 的的 量量，它它 是是 反反 映映 电电 场场 本本 身身 性性 质质 的的。我我 们们 把把 它它 定定 义义 为为 电电 场场 强强 度度，简简 称称 场场 强强

13、，用用E E 表表 示示：E=F/qo2020/8/211.2.3 场场 强强 迭迭 加加 原原 理理电电 场场 力力 是是 矢矢 量量，它它 服服 从从 矢矢 量量 迭迭 加加 原原 理理。如果以如果以F F、F F FkFk 分别表示点电荷分别表示点电荷q q 、q qk 单独存在时电场施于空间单独存在时电场施于空间同一同一 点上试探电荷点上试探电荷qo的力，则它们同的力，则它们同时存在时存在时时，电电 场场 施施 加加 于于 该该 点点 试试 探探 电电 荷荷 的的 力力F 将将 为为F、F Fk的矢量和，即F=F+F+Fk2020/8/21分别代表分别代表q、qqk 单独存在时在空间单

14、独存在时在空间同同 一 点的场强，而场强，而E=F/qo代表它们同时代表它们同时存在存在 时该点的总场强。时该点的总场强。将上式除以将上式除以qo,得到得到E=E+E+EkE=F/qo,E=F/qo,Ek=Fk/qo2020/8/21 由由 此此 可可 见见，点，点 电电 荷荷 组组 所所 产产 生生 的的 电电 场场 在在 某某 点点 的的 场场 强强 等等 于于 各各 点点 电电 荷荷 单单 独独 存存 在在 时时 所所 产产 生生 的的 电电 场场 在在 该该 点点 场场 强强 的的 迭迭 加加。这这 叫叫 做做 电电 场场 强强 度度 的的 迭迭 加加 原原 理理(简简 称称 场场 强

15、强 迭迭 加加 原原 理理)。2020/8/21 电 偶 极 子：由 一 对 等 量 异 号 点 电 荷 组 成 的 带 电体 系，它 们 之 间 的 距 离L 远 比 场 点 到 它 们 的 距 离r小 得 多.这 种 带 电 体 系 叫 做 电 偶 极 子.电 偶 极 子 的 场 强 公 式：延 长 线 上 4元02?中 垂 面 上 E=47 2020/8/21 电电 荷荷 的的 面面 密密 度度：单 位 面 积 内 的 q=Sq=S 或 电电 荷荷 的的 线线 密密 度度：单 位 长 度 内 的1 1.2 2.4 4 电电 荷荷 的的 连连 续续 分分 布布 电荷的体密度：电荷的体密度：

16、单位体积内的电荷。电 荷。电 荷。2020/8/211 1.2 2.5 5带电体在电场中所受的力及其带电体在电场中所受的力及其运动运动 电荷与电场之间的相互关电荷与电场之间的相互关系有两个方面：系有两个方面：电电 荷荷产产 生生 电电 场场 和和 电电 场场 对对 电电 荷荷 施施 加加 作作 用用 力力。作用力的公式：F=qE 电偶极距：电偶极距P是个矢量，它等于q和矢 量I的乘积，即P=ql;电偶极子所受力矩的电偶极子所受力矩的公式为公式为L=PEL=PE2020/8/211.31.3 高高 斯斯 定定 理理1.3.1电力线及其数密度 电力线：如果在电场中作出许电力线：如果在电场中作出许多曲线，使这多曲线，使这些曲 线上每一点的切线方向和该点场强方线上每一点的切线方向和该点场强方向一致，那向一致，那 所有这样作出的曲线，叫做电场的电力线。所有这样作出的曲线，叫做电场的电力线。电力线数密度电力线数密度在电场中任意点取一小在电场中任意点取一小面元面元ASAS 与与 该点场强方向垂直，设穿过该点场强方向垂直，设穿过s 的电力线有的电力线有N 根，根，则则 比比 值值 N/S叫做该点电力线