高中物理竞赛专题课件：电场强度 电场叠加原理.ppt

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1、活跃的科学话题活跃的科学话题2.时间时间,空间空间,星际旅行星际旅行,外星移民外星移民,回到过去回到过去.4.引力的起源引力的起源,场场,多维时空多维时空,弦论弦论.1.宇宙的起源宇宙的起源,组成组成,运行运行,终结终结.3.波粒二象性波粒二象性,量子力学的概率世界观量子力学的概率世界观.5.轻子轻子,强子强子,夸克夸克,黑洞黑洞,白洞白洞,灰洞灰洞,虫洞虫洞,平行宇平行宇宙宙,反物质反物质,暗物质暗物质,暗能量暗能量物理学的基本内容物理学的基本内容2.近代物理学近代物理学1.经典物理学经典物理学 相对论、量子物理相对论、量子物理 力、热、声、光、电、磁等的实验现象与经力、热、声、光、电、磁等

2、的实验现象与经典理论典理论为什么要学习物理学为什么要学习物理学1.物理学研究客观物质世界中最基本的规律物理学研究客观物质世界中最基本的规律,任何自然科任何自然科学都不能违反物理规律学都不能违反物理规律.2.有效地训练研究自然科学的方法有效地训练研究自然科学的方法.3.有助于培养和建立辩证的、科学的世界观有助于培养和建立辩证的、科学的世界观.4.大学物理是大学重要的基础课程大学物理是大学重要的基础课程,研究生入学考试的基研究生入学考试的基础课之一础课之一.解释自然解释自然,排除迷信排除迷信,谣言止于智者谣言止于智者,成就自信成就自信.培养科学素养培养科学素养,为学术钻研铺路为学术钻研铺路,成就人

3、才成就人才.知识联系生活知识联系生活,启发哲学思考启发哲学思考,成就人生成就人生.爱因斯坦火车爱因斯坦火车读点哲学读点哲学,对话于社会对话于社会;读点艺术读点艺术,对话于自我对话于自我;读点物理读点物理,对话于自然对话于自然.施大宁施大宁文化物理文化物理课程内容课程内容 热学热学 波动光学波动光学 机械力学机械力学 机械振动与机械波机械振动与机械波(基于机械力学基于机械力学)电磁学电磁学 狭义相对论狭义相对论,量子力学简介量子力学简介上上 学学 期期本本 学学 期期第五篇第五篇第五篇第五篇 电磁学电磁学电磁学电磁学法拉第法拉第的电磁感应定律的电磁感应定律:电磁一体电磁一体库仑库仑定律定律:电荷

4、与电荷间的相互作用电荷与电荷间的相互作用 (磁极与磁极间的相互作用磁极与磁极间的相互作用)奥斯特奥斯特发现电流的磁效应发现电流的磁效应,安培发现电流与电流间的相安培发现电流与电流间的相互作用规律互作用规律.电磁学是物理学第三次大综合的结果电磁学是物理学第三次大综合的结果麦克斯韦麦克斯韦的电磁场统一理论的电磁场统一理论(19世纪中期世纪中期)赫兹赫兹在实验中证实电磁波的存在在实验中证实电磁波的存在,光是电磁波光是电磁波.工业技术上的重要意义工业技术上的重要意义:发电机发电机 电动机电动机 无线电技术等无线电技术等.电磁相互作用及规律电磁相互作用及规律电磁学研究对象电磁学研究对象电磁学研究对象电磁

5、学研究对象电磁学静电场静电场恒定磁场恒定磁场变化的电磁场变化的电磁场 主主要要特特点点:研研究究对对象象不不再再是是分分离离的的实实物物,而而是是连连续续分分布的场布的场,用空间函数用空间函数(如如 等等)描述描述.第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.10/38人体电势为什么如此分布人体电势为什么如此分布?曲线意义何在曲线意义何在?有什么规律有什么规律?与它带电的多少有关与它带电的多少有关与物体电荷的分布有关与物体电荷的分布有关第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.11/38+-电子对湮灭电子对湮灭+-电子对产生电子对产生重原子核重原子核第第章章 电荷与真空中的电场电

6、荷与真空中的电场P.12/389.1 9.1 电电电电荷荷荷荷 库仑库仑库仑库仑定律定律定律定律9.1.1 电荷的量子化电荷的量子化自然界中存在两种电性相反的自然界中存在两种电性相反的电荷电荷,一种是一种是正电荷正电荷,另一种是另一种是负电荷负电荷.电荷电荷:带正电或负电的基本粒带正电或负电的基本粒子子,或这种粒子所带的电量或这种粒子所带的电量.基本电荷量基本电荷量基本电荷量基本电荷量:物体带电量为基本电荷的整数倍物体带电量为基本电荷的整数倍物体带电量为基本电荷的整数倍物体带电量为基本电荷的整数倍:9.1.2 电荷守恒定律电荷守恒定律电电绝绝缘缘系系统统(不不与与外外界界交交换换电电荷荷)中中

7、,电量的代数和保持不变电量的代数和保持不变.第第9章章 电电荷与真空中的荷与真空中的电场电场目前公认电子带电的数值是电目前公认电子带电的数值是电量的最小单位量的最小单位,叫做基本电荷叫做基本电荷或基元电荷或基元电荷.单位单位单位单位:库仑库仑库仑库仑 库库库库 (C)(C)电子电子电子电子(e)(e)该实验结论叫做电荷的量子化该实验结论叫做电荷的量子化,自然界的普遍规律自然界的普遍规律,最基本的量最基本的量子化结论之一子化结论之一.正电正电:正电荷数大于负电荷数正电荷数大于负电荷数负电负电:负电荷数大于正电荷数负电荷数大于正电荷数电中性电中性:正负电荷数量相等正负电荷数量相等 第第章章 电荷与

8、真空中的电场电荷与真空中的电场P.13/381.同性相斥同性相斥,异性相吸异性相吸.带电体相互作用的实验结论带电体相互作用的实验结论2.作用力沿两带电体的连线作用力沿两带电体的连线,以施力体为球极坐标的原点以施力体为球极坐标的原点,则受则受力体所受的力沿径向力体所受的力沿径向:同性则沿径向向外同性则沿径向向外;异性则指向原点异性则指向原点.3.作用力是相互的作用力是相互的,同时存在同时存在.4.作用力的大小与两者电量绝对值的乘积成正比作用力的大小与两者电量绝对值的乘积成正比,与两者距离平与两者距离平方成反比方成反比.带电体的体积如果可以忽略带电体的体积如果可以忽略,结果如何结果如何?在什么样的

9、坐标系下给出数学描述在什么样的坐标系下给出数学描述?第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.14/38施施力力电电荷荷指指向向受受力力电电荷荷的的单位矢量单位矢量(径向单位矢量径向单位矢量).真空中的介电常数真空中的介电常数:2.库仑定律库仑定律:1.点电荷点电荷:带电体的直线尺度带电体的直线尺度(线度线度)远小于远小于其本身与其他带其本身与其他带电体之间的电体之间的距离距离,且带电体形且带电体形状可以忽略时状可以忽略时,该带电体可以该带电体可以视作带电的视作带电的“点点”,称作点电称作点电荷荷,静电学最基本的理想模型静电学最基本的理想模型.9.1.3 真空中库仑定律真空中库仑定律国

10、际单位制中国际单位制中第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.15/383.静电力叠加原理静电力叠加原理点点电电荷荷系系对对某某点点电电荷荷的的静静电电力力等等于于系系内内各各点点电电荷荷单单独独存存在在时时对该电荷静电力的对该电荷静电力的矢量和矢量和.在连续带电体上选取微量电在连续带电体上选取微量电荷荷 dQ(电荷元电荷元)Q作用范围作用范围:目前认为在目前认为在10-15 107m连续带电的物体对附近电荷的连续带电的物体对附近电荷的静电力求法静电力求法:不是积分下限不是积分下限,表示积分变量表示积分变量的定义域的定义域(取值范围取值范围).第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中

11、的电场P.16/38例例9-1.在在氢氢原原子子中中,电电子子与与质质子子的的距距离离约约为为5.3 10-11m.对对比比它它们之间的静电力和万有引力们之间的静电力和万有引力.解解:9.29.2 电场电场电场电场与与与与电场电场电场电场强强强强度度度度1.“场场”的提出的提出牛顿牛顿:超距作用超距作用 笛卡尔笛卡尔:靠靠“以太以太”传递传递法法 拉拉 第第:“场场”的的 概概 念念(1837)麦麦克克斯斯韦韦:建建立立电电磁磁场场方方程程,定定量描述场的性质和运动规律量描述场的性质和运动规律.电荷电场电场电荷9.2.1 电场电场电电电电场场场场:存存在在于于电电荷荷周周围围,传传递递电电荷荷

12、与与电电荷荷之之间间相相互互作作用用的的一一种种特殊特殊物质物质物质物质.已知已知:M=1.67 10-27 kg G=6.67 10-11 Nm2kg-2 m=9.11 10-31 kg第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.17/38场的物质性体现在场的物质性体现在:1.对对身身处处其其中中的的带带电电体体有有力力的的作作用用,表明表明电场具有动量电场具有动量;2.电电场场力力可可以以作作功功,表表明明电电场场具具有有能量能量.场与实物的共性场与实物的共性:1.都是客观存在都是客观存在;2.存在形式也都是多样的存在形式也都是多样的;3.遵遵循循质质量量守守恒恒,能能量量守守恒恒,

13、动动量量守恒和角动量守恒等规律守恒和角动量守恒等规律;4.既既不不能能创创生生,也也不不能能消消灭灭,只只能能由一种形式转变为另一种形式由一种形式转变为另一种形式.场与实物的区别场与实物的区别:2.实实物物不不能能达达到到光光速速,场场以以光光速速传传播播;3.实实物物受受力力产产生生加加速速度度,场场不不能能被被加速加速;4.实实物物具具有有不不可可入入性性,以以间间断断形形式式存存在在,可可以以当当作作参参考考系系;场场具具有有可可入入性性,以以连连续续形形式式存存在在,具具有有可叠加性可叠加性,不能当作参考系不能当作参考系.电场与实物的联系电场与实物的联系电场与实物的联系电场与实物的联系

14、:实物周围存实物周围存在相关的场在相关的场,场传递实物间的相场传递实物间的相互作用互作用,场和实物可以相互转化场和实物可以相互转化.现现代代物物理理认认为为场场是是更更基基本本的的,粒粒子子是是场场处处于于激激发发态态的的一一种种表表现现(正负电子对的产生和湮灭正负电子对的产生和湮灭).1.实实物物质质量量密密度度大大(1000kg/m3),场场质质量量密密度度很很小小(10-23kg/m3),无静止质量无静止质量;第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.18/38施施力力电电荷荷指指向向受受力力电电荷荷的的单位矢量单位矢量(径向单位矢量径向单位矢量).真空中的介电常数真空中的介电常

15、数:国际单位制中国际单位制中第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.19/389.2.2 电场强度电场强度描述电场强弱及方向性描述电场强弱及方向性描述电场强弱及方向性描述电场强弱及方向性场源电荷场源电荷:产生电场的点电荷产生电场的点电荷,点电荷系点电荷系,或带电体或带电体.试验电荷试验电荷:电量足够小的点电荷电量足够小的点电荷.略去对场源电略去对场源电荷分布的影响荷分布的影响与与场点场点对应对应试试验验电电荷荷q0在在电电场场P点点所所受受静静电电力力 与与q0电电量量的的比比值值即即为为该该点点的的电场强度电场强度,简称场强简称场强:大小大小:等于单位试验电荷在该等于单位试验电荷在

16、该点所受电场力的大小点所受电场力的大小方向方向:正试验电荷的受力方向正试验电荷的受力方向单位单位:N C-1 或或 V m-19.2.3 点电荷与点电荷系的点电荷与点电荷系的 电场强度电场强度1.点电荷的电场强度点电荷的电场强度由库仑定律由库仑定律,试验电荷受力试验电荷受力:Q第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.20/38讨论讨论:反反映映电电场场本本身身的的性性质质,与与试试验验电荷无关电荷无关.电场强度是点函数电场强度是点函数静电场静电场均均匀匀电电场场:电电场场强强度度在在某某一一区区域内大小域内大小,方向都相同方向都相同.电荷在电场中受力电荷在电场中受力:2.点电荷系的电场强度点电荷系的电场强度由静电场力叠加原理由静电场力叠加原理点点电电荷荷系系电电场场中中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在在该该点点产产生生场场强强的的矢矢量量和和,这这叫叫做电场叠加原理做电场叠加原理.静电场是空间矢量函数静电场是空间矢量函数.带电体在电场中受力带电体在电场中受力:第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.21/383.连续带电体的电场强度连续带电体的电场强度建立直角坐标，分解建立直角坐标，分解积分积分