1.1-1.2基本现象 电场强度.ppt

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1、第一章第一章 静电场静电场 研究静止电荷产生的电场的特性研究静止电荷产生的电场的特性 静电场的基本现象与基本规律；静电场的基本现象与基本规律；电场电场 电场强度；电场强度；高斯定理；高斯定理；电势及其梯度；电势及其梯度；静电场中的导体；静电场中的导体；静电能；静电能；电容与电容器。电容与电容器。1 静电的基本现象与基本规律静电的基本现象与基本规律一一.两种电荷两种电荷使物体带电叫起电使物体带电叫起电 摩擦起电摩擦起电 感应起电感应起电 自然界中只有两种电荷自然界中只有两种电荷：正电荷：正电荷“+”，负电荷，负电荷“-”丝绸摩擦过的玻璃棒带正电；毛皮摩擦过的橡胶棒带负电丝绸摩擦过的玻璃棒带正电；

2、毛皮摩擦过的橡胶棒带负电正负电荷的相对性正负电荷的相对性物体带电量的多少物体带电量的多少 电荷量电荷量 验电器验电器 静电计静电计正负电荷完全抵消正负电荷完全抵消 中和中和二二.静电感应静电感应 电荷守恒定律电荷守恒定律 感应起电感应起电 图图13起电过程是电荷从一个物体转移到另一个物体，或是从起电过程是电荷从一个物体转移到另一个物体，或是从物体的一部分转移到另一部分物体的一部分转移到另一部分电荷守恒定律：在任何物理过程中，电荷既不能被创电荷守恒定律：在任何物理过程中，电荷既不能被创造，也不能被消灭，电荷的代数和是守恒的。造，也不能被消灭，电荷的代数和是守恒的。它是物理学中普遍的基本定律之一。

3、它是物理学中普遍的基本定律之一。三三.导体导体 半导体半导体 绝缘体绝缘体按照电荷在其中是否容易被转移或传导来分类按照电荷在其中是否容易被转移或传导来分类四四.物质的电结构物质的电结构 金属导体：金属导体：价电子价电子自由电子，晶格，原子实自由电子，晶格，原子实 绝绝 缘缘 体：体：束缚电荷束缚电荷(自由电子很少自由电子很少)半半 导导 体：体：载流子载流子电子（电子（n 型），空穴（型），空穴（p 型）型）电荷电荷量子化量子化分数电荷：夸克和反夸克，分数电荷：夸克和反夸克，(1/3)e;(2/3)e五五.库仑定律库仑定律 1.两个静止点电荷相互作用两个静止点电荷相互作用2.库仑定律库仑定律q

4、2q1MKSA制制:真空的介电常数真空的介电常数,2.满足牛顿第三定律满足牛顿第三定律3.单位制：单位制：是单位矢量，是单位矢量，式中式中讨论：点电荷:带电体本身的几何尺度远小于到其它带电体的距离两个点电荷相对静止，观测者相对于点电荷静止当带电体处于电介质中时适用范围：原子核尺度地球物理 天体物理尺度精度：库仑库仑(C)的定义的定义 由电流单位安培由电流单位安培(A)导出导出MKSA制的量纲制的量纲例如：例如：2.电场电场 电场强度电场强度一一.电场电场库仑力不是超距力库仑力不是超距力电荷电荷电荷电荷电场电场场是物质存在的一种形式场是物质存在的一种形式物质性表现为具有能量、动量和质量等物质性表

5、现为具有能量、动量和质量等q静电场对外表现有以下重要性质：静电场对外表现有以下重要性质：1.电荷都在自己的周围空间激发电场；电荷都在自己的周围空间激发电场；2.电场中的任何带电体都受电场作用力电场中的任何带电体都受电场作用力电场力；电场力；3.电荷之间通过电场发生相互作用。电荷之间通过电场发生相互作用。接触作用（近距作用）：存在于直接接触物体之间接触作用（近距作用）：存在于直接接触物体之间1.几何线度足小；几何线度足小；2.电量足小。电量足小。定义电场强度：定义电场强度：二二.电场强度电场强度 试验电荷试验电荷q 0 0：实验结果表明：图实验结果表明：图17，181.不同场点受力大小、方向一般

6、不同不同场点受力大小、方向一般不同2.同一场点同一场点F 随随q 0 增大，但比值确定增大，但比值确定 静电场中任一点处的电场强度，等于单位正电荷静电场中任一点处的电场强度，等于单位正电荷矢量场：空间坐标的矢量函数矢量场：空间坐标的矢量函数qq0A B图图1.1 点电荷的场强点电荷的场强SI制单位：制单位：NC-1，或或 Vm-1点电荷点电荷q 的场强的场强:在该点处所受的在该点处所受的电场力。（含大小和方向）电场力。（含大小和方向）电场在空间各点的大小和方向都相同：均匀电场电场在空间各点的大小和方向都相同：均匀电场三.电力线在电场中作出许多曲线,使这些曲线上的每一点的切线方向和该点场强方向一

7、致。图1-11 1-13性质：1.起于正电荷或来自无穷远处,止于负电荷或伸向无穷远处,但不会在没有电荷的地方中断2.两条电力线不会相交3.静电场中的电力线不形成闭合线4.电力线的疏密程度反映电场的强弱程度四四.场强叠加原理场强叠加原理点荷系点荷系受力受力其中其中可写成可写成点电荷组所产生的场强等于各个点电荷单独存在时场强点电荷组所产生的场强等于各个点电荷单独存在时场强的矢量叠加。的矢量叠加。叠加原理来源于力的独立作用原理，是实验定律叠加原理来源于力的独立作用原理，是实验定律或或场强的计算场强的计算1)场强的定义；场强的定义；2)场强叠加原理。场强叠加原理。q依据：依据：点电荷组的场：点电荷组的

8、场：点电荷的场：点电荷的场：连续带电体的场：连续带电体的场：【例例1】:电偶极子电偶极子 两点电荷两点电荷+q和和-q，相距相距 l，的方向由的方向由-q指向指向+q，当考察点至两电荷的距离当考察点至两电荷的距离 rl 时，两点电荷可视为一时，两点电荷可视为一电荷对，称为电偶极子。电荷对，称为电偶极子。是极轴是极轴;定义定义电偶极矩电偶极矩：（简称电矩），（简称电矩），1.点电荷组的场点电荷组的场+q-qPOv 求电偶极子的场强。求电偶极子的场强。1)场点场点P在在 的延长线上的延长线上【解解】:则总场强则总场强因因则则故故或或+q-qPO图图1.3 电偶极子电偶极子2)场点场点P在在 的中垂

9、线上的中垂线上【解】【解】:总场强总场强因因则则故故或或+q-qP而而得得-q+qP【讨论讨论】：1.电偶极子的电场电偶极子的电场2.总电偶极矩的场等于各分电矩场的矢量和。总电偶极矩的场等于各分电矩场的矢量和。P图图1.5 分解电矩求电场分解电矩求电场而而 延长线上的电场延长线上的电场 中垂线上的电场中垂线上的电场五五.电荷的连续分布电荷的连续分布取点荷元取点荷元 对于对于 其场强其场强3)体电荷密度体电荷密度 ：2)面电荷密度面电荷密度 ：1)线电荷密度线电荷密度 ：其中其中 体元。体元。其中其中 面元；面元；其中其中 线元；线元；总场强总场强【注注】：三种电荷密度三种电荷密度 、和和 可以是常量，也可以是变量。可以是常量，也可以是变量。求均匀带电棒中垂面上的场强分布，设棒长求均匀带电棒中垂面上的场强分布，设棒长为为2l，带电总量为带电总量为q。xdydEdExdEyyaq由由无限长直线电荷的场推导无限大平面电荷的场。无限长直线电荷的场推导无限大平面电荷的场。设电荷面密度设电荷面密度,场点距平面场点距平面a,如图如图1.7,电荷元线密度电荷元线密度=dy利用长直电荷的结果，有利用长直电荷的结果，有利用对称关系，可只考虑方向利用对称关系，可只考虑方向xdydEdExdEyya