电磁学部分-静止电荷的电场.ppt

1.1 电荷 1.3 电场和电场强度 【例】求电偶极子中垂线远点的场强 1.5-6 电通量 高斯定理 （3）任意闭合曲面外的点电荷通过该曲面的电通量为零。 （4）多个点电荷的电通量等于它们单独存在时电通量的和（场叠加原理） q S d S d S 对称性分析 选高斯面 一、均匀带电球面的电场分布 1、对称性分析 电荷分布球对称?电场分布球对称（场强沿径向，只与半径有关） 2、选高斯面为同心球面 §1.7 利用高斯定理求静电场的分布 电荷对称分布情况 Q 3、球面外电场分布 4、球面内电场分布 【思考】为什么在r = R 处E 不连续？ R r Q r E 0 R 二、 均匀带电球体的电场分布 R r E 0 球体内： 球体外： 三、无限长圆柱面(线电荷密度?)的电场分布 解. （1）场强轴对称沿径向 （2）选半径r高h的同轴圆柱面为高斯面 （3）柱面外 （4）圆柱面内 r E l h S S 四、带电无限大平板(面电荷密度?)的电场分布 电场垂直于板，在与板平行的面上电场处处相等，与板等远处电场的大小相等。 解. s + S S S s E E 与板垂直的均匀场 + + + + + + ＋? - - - - - - - －? 【思考】带等量异号电荷的两个无限大平板之间的电场为 ，板外电场为 。 五、电力线 电力线条数密度表示场强大小 电力线上某点的切向和该点场强方向一致 用电力线描述电场： 在真空中的静电场内，通过任意闭合曲面的电力线的条数等于该曲面所包围的电量的代数和的1/?0倍。 用电力线叙述高斯定理： 电力线的性质： 1、静电场的电力线始于正电荷（或无穷远），终于负电荷（或无穷远）。 2、电力线不相交（场强的单值性） 3、静电场的电力线不闭合 电力线连续：不会在没有电荷的地方中断 【思考】用高斯定理证明以上性质。 【思考】 电力线是物理实在吗？ 库仑力是有心力，是保守力。 * 大学物理 A(1) 电磁学（第三册） 2005年春季学期 陈信义编 第1章 静止电荷的电场 电磁学（第三册） 【演示实验】点电荷平面电荷电力线、静电跳球摆球滚筒、日光灯的静电启辉 §1.1 电荷 §1.3 电场和电场强度 §1.5 -6 电通量 高斯定理 §1.2 库仑定律与叠加原理 §1.4 静止的点电荷的电场及其叠加 §1.7 利用高斯定理求静电场的分布 补充：高斯定理的微分形式 目 录 密立根（R.A.Millikan）带电油滴实验 （ 1906?1917 ,1923年诺贝尔物理奖） 2、电荷是量子化(quantization)的 基本电荷 e =149)?10-19C 1、电荷只有正、负两种 电磁现象归因于电荷及其运动 宏观电磁学—电荷值连续 夸克（quark）带分数电荷 和 但实验未发现自由夸克（夸克囚禁） 在不同惯性系中观测，同一带电粒子的电量相同。 4、电荷是一个洛仑兹不变量 3、电荷守恒 ：在宏观和微观上,电荷总量守恒。 5、有电荷就有质量 静质量为零的粒子，例如光子，只能是电中性的。 ，但是，都精确电中性！ 不确定关系： 例如： H2 He 质子动量： 1/4??0= 8.9880?109 N·m2/C2 ? 9?109 N·m2/C2 ?0—真空介电常数 (Permittivity of vacuum) ?0 = 8.85?10-12 C2/N·m2 1.2 库仑定律与叠加原理 惯性系，真空中的两静止（或低速）点电荷间的作用力为 q2 q1 一、库仑定律 平方反比规律 (与万有引力定律类似) 如果指数严格等于2，则光子静质量为零。 光子静质量上限为10-48 kg. 实验结果 【例】比较氢原子中的质子和电子间的库仑力和万有引力。 库仑力引力： 强力电磁力弱力引力 原子核中的核子（质子、中子）靠强力吸引，库仑排斥很弱。 宏观物体靠分子、原子间的库仑力维系。 二、电力的叠加原理 实验表明：两个点电荷之间的作用力并不因第三个点电荷的存在而改变。 在电磁场的量子效应中，经典叠加原理不成立。 两个以上的点电荷对一个点电荷的作用力，等于各个点电荷单独存在时对该点电荷作用力的矢量和 检验电荷 （静止） q0 定义电场强度： 即，静止的单位正电荷所受的电力。 静止或运动 任意电荷分布 F 测受力 惯性系，点 p(x,y,z) 场的观点? Maxwell电磁理论 静止电荷间的作用也可认为是“超距作用” 场的观点：电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在电场。 变化的电磁场以光速传播：场具有动量、质量 移动带电体，电场力作功：场具有能量 电场中的带