普通物理学（第7版） 程守洙课件-chapter-7.pptxVIP

§7-1 电荷 库仑定律 §7-2 静电场 电场强度 §7-3 静电场的高斯定理 §7-4 静电场的环路定理 电势 §7-5 电场强度与电势梯度的关系 §7-6 静电场中的导体 §7-7 电容器的电容 §7-8 静电场中的电介质 §7-9 有电介质时的高斯定理和环路定理 电位移 §7-10 静电场的能量 第七章 静止电荷的电场 §7-1 物质的电结构 库仑定律 一、电荷 最初对电的认识：摩擦起电和雷电 两种电荷（charge）：正电荷和负电荷 带同号电荷的物体相斥、异号的相吸 电荷量(electric quantity)：物体带电的多少。 在一个与外界没有电荷交换的系统内，无论进行怎样的物理过程，系统内正、负电荷量的代数和总是保持不变。 二、电荷守恒定律 放射性衰变过程： 电子偶的产生和湮没： （重核附近） 电荷是物质的基本属性。 电荷的相对论不变性。 三、电荷的量子化 夸克（Quark）模型与分数电荷： 1913年，密立根进行液滴实验，证明了微小油滴所带电荷量的变化不连续，即为元电荷e的整数倍。 当物体所带电荷量较多时，如宏观带电体，电荷量可以按连续量处理。 但是不存在自由的夸克、且夸克本身的 量子化不可解释。 四、库仑定律 “点电荷”模型：当带电体的大小和形状与它们之间的距离相比可以忽略时。 1785年库仑从扭秤实验结果总结出点电荷之间相互作用的基本规律库仑定律（Coulomb’s law)： 真空中两个静止点电荷相互作用力（静电力）的大小与这两个点电荷所带电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。作用力的方向沿它们的连线方向，同号相斥，异号相吸。 真空介电常量 0 = 8.8510-12 C2 ·N-1·m-2 1. 适用于点电荷，范围 2. 距离平方反比关系，指数2的误差10-16。 讨论 思考：按量子理论，在氢原子中，核外电子快速地运动着，并以一定的概率出现在原子核（质子〕的周围各处，在基态下，电子在半径 r = 0.529×10-10 m的球面附近出现的概率最大。试比较在基态下,氢原子内电子和质子之间的静电力和万有引力的大小。 按库仑定律，电子和质子之间的静电力为 电子和质子之间的万有引力为 静电力与万有引力的比值为 在原子中，电子和质子之间的静电力远比万有引力大，由此，在处理电子和质子之间的相互作用时，只需考虑静电力，万有引力可以略去不计。 五、静电力的叠加原理 当空间有两个以上点电荷时，作用在某一点电荷的总静电力等于其他各点电荷单独存在时对该点电荷所施静电力的矢量和 即 两带电体之间的静电力，先把带电体看作是由许多电荷元组成，现应用库仑定律再应用叠加原理。 （superposition principle of electric force） *例7-1 三个电荷量均为q的正负电荷，固定在一边长 a = 1m 的等边三角形的顶角上，另一个电荷+Q在这三个电荷的静电力作用下可沿其对称轴Ox自由移动，求电荷Q的平衡位置和所受到的最大排斥力的位置。 解： 作用在正电荷Q上的总合力为 使用Matlab求解得到的两个 超越方程 F=0的位置x =0.94m 排斥力最大的位置x =1.25m DNA（脱氧核糖核酸deoxyribonucleic acid）是由脱氧核糖(S)、磷酸盐和碱基组成。 碱基的配对原则是腺嘌令(A)与胸腺嘧啶(T)，鸟嘌呤(G)与胞核嘧啶(C)，即AT、TA、GC、CG。 DNA分子的静电力螺旋结构   两条核苷酸链通过碱基之间的静电力作用配对连接形成双螺形结构的DNA分子。 脱氧核糖和磷酸盐交替连接形成多核苷酸链。 §7-2 静电场 电场强度 一、电场（electric field） 电荷周围存在着的一种特殊物质——电场。 静电场：静止电荷所产生的电场。 电场的两个重要性质： 电荷在电场中要受到电场力的作用。 电场力对电荷有做功的本领。 关于电场力实质的两种观点：超距作用与近距作用 电场力 二、电场强度 试验电荷q0： （1）正电荷 （3）线度小 （2）电荷量足够小 电场中各处的力学性质不同。 1. 在电场的不同点上放同样的试验电荷q0； 2. 在电场的同一点上放不同的试验电荷。 实验： 场强的方向：正电荷在该处所受电场力的方向。 场强的大小： F/q0 1. 矢量场 讨论 电场强度（intensity of electric field） 场强叠加原理： 三、电场强度的叠加原理 四、电场强度的计算 1. 点电荷的电场强度 q0 点电荷系的电场强度： 根据场强叠加原理 2. 点电荷系的电场强度 电偶极子（ele