第七章 静止电荷的电场 1VIP免费

第七章静止电荷的电场本章教学目的与要求：掌握库仑定律、电场强度的概念及应用；掌握电势的概念及应用；掌握电场强度和电势的关系；掌握静电场的高斯定理；掌握静电场的环路定理及应用；了解导体的静电平衡；掌握各种电容器电容的计算方法。§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：正电荷和负电荷电性力：同号相斥、异号相吸电荷量：物体带电的多少。二、电荷守恒定律: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•电荷的相对论不变性:电荷是相对论不变量，即电荷量与运动无关。三、电荷的量子化C1053176602.119e•电荷量的这种只能取分立的不连续量值的性质，称为电荷的量子化。•夸克模型引入了分数电荷，但不会改变电荷量子化的结论。•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电子或质子是自然界中带有最小电荷量的粒子，任何带电体或其他微观粒子所带的电荷量都是电子或质子电荷量的整数倍，即为元电荷e的整数倍。四、库仑定律点电荷:带电体的大小和形状与他们之间的距离相比，可以忽略。对于有限分布带电体，可以看作无限多点电荷的集合。库仑定律：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q1和q2的乘积成正比，与它们之间的距离r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。123211222112rrqqkerqqkFr0=8.8510-12C2·N-1·m-22290/CmN109π41k1232101222102112π41π41rrqqerqqFFr真空介电常量q1q212F12r21F说明说明•适用于点电荷•距离平方反比关系，指数2的误差<10-16•静电力叠加原理设有n个点电荷组成的点电荷系，点电荷q受到其他点电荷iq作用的总静电力为iiiiiirrqqFF30π41iqqirm10~10:715r例7-1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=0.529×10-10m的球面附近出现的概率最大.试计算在基态下,氢原子内电子和质子之间的静电力和万有引力,并比较两者的大小。引力常量为G=6.67×10-11Nm2/kg2。按库仑定律，电子和质子之间的静电力为28e204712g218.2210(N)4π3.6310(N)eFrmmFGr解：•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。例7-2设原子核中的两个质子相距4.0×10-15m，求此两个质子之间的静电力。N)(14100.4106.1100.9π4121521992210erqqF两个质子之间的静电力是斥力：•可见，在原子核内质子间的斥力是很大的。质子之所以能结合在一起组成原子核,是由于核内除了有这种斥力外还存在着远比斥力为强的引力_____核力的缘故。解：§7-2静电场电场强度一、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。电荷电场电荷电场电场力二、电场强度试验电荷q0:(1)正电荷(2)点电荷(3)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：0qF•与q0无关。电场强度：0qFE•场强的大小：F/q0•场强的方向：正电荷在该处所受电场力的方向。zyxErEE,,1.矢量场2.SI单位N/CV/m或3.点电荷q在外场中受的电场力：EqF称均匀电场或匀强电场。)(常矢量CE说明•电偶极子：大小相等、符号相反并有一微小间距的两个点电荷构成的复合体。•电偶极矩：lqppl-qq0qFE例7-3求电偶极子在均匀外电场中受到的作用，并分析电偶极子在非均匀外电场中的运动。sinsinsinpEqElFlM0)(EqEqF解：。。-q+qEFFlEpM均匀外电场中,电偶极子所受合力为零，但力矩不为零:•电偶极子在均匀外电场中转动。非均匀外电场中，电偶极子所受合力、力矩都不为零：(),FqEqEMpE...