电场强度.ppt
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电磁学,电磁学是经典物理学的一个分支学科。
主要研究电荷、电流产生电场、磁场的规律;电场、磁场对电荷、电流作用的规律;电场和磁场相互联系的规律;以及电磁场对物质的各种效应;电路的导电规律等。
简介,大学物理,electromagnetics,早期,磁学与电学是两门独立、平行的学科。
两个重要的实验:
电流的磁效应(1820,奥斯特)和变化的磁场的电效应(电磁感应1831,法拉第)。
电磁学发展成为物理学中一个完整的分支学科。
发展历史,人类对电磁现象及其规律和本质的认识与探索经历了漫长的历史过程。
麦克斯韦引入感生电场和位移电流的概念,建立了Maxswell方程组经典电磁学的基本方程(1865)。
A输出端子铝球或钢球B上电刷一段细金属导线C上滚轴D传送带E电机F下电刷G下滚轴,范德格拉夫起电机,内部导体,外部导体,玻璃,莱顿瓶(1746),静电感应现象,一.静电场及基本性质二.恒定电流与稳恒磁场的基本性质及规律(第七章)三.电磁感应现象及规律(第八章),内容:
介绍宏观电磁场的基本规律和客观物质的电磁性质。
真空中的静电场导体和电介质(第六章),真空中的静电场,第五章,electrostaticfieldinvacuum,主要内容,1库仑定律2静电场电场强度3高斯定律,教学基本要求,五理解电势梯度与场强之间的关系,掌握由电势求场强的方法.,一了解电荷及性质;掌握库仑定律.,二理解电场的概念;明确电场的矢量性和可叠加性;会利用电场叠加原理求解简单带电体的电场分布.,三理解高斯定理的物理意义;能够利用高斯定理求解特殊场分布.,四掌握求解电势的两种方法:
电势的积分定义式法和电势叠加法.,6.1,库仑定律,6.1.1电荷,一、电荷的种类,自然界存在正、负两种电荷,同性电荷相斥,异性相吸,二、电荷的量子化,在自然界中,电荷Q总是以一确定基本单元e的整数倍出现。
近代物理从理论上预言基本粒子由若干种夸克或反夸克组成,每一个夸克或反夸克可能带有e或e的电量,然而至今单独存在的夸克尚未在实验中发现。
美国物理学家盖尔曼(MurrayGell-Mann,1929-)于1964年提出的夸克模型,三、电荷守恒定律,在孤立系统中,正、负电荷的代数和保持不变.,(自然界的基本守恒定律之一),电荷守恒定律对宏观过程和微观过程均适用,正、负电子对的湮灭与产生,四、电荷量的相对论不变性,孤立系统的电量,与其运动状态无关。
五、电荷的对称性,对于每种带电的基本粒子,必然存在与之对应的、带等量异号电荷的另一种基本粒子反粒子。
5.1.2库仑定律,一、真空中的库仑定律,SI制,点电荷模型,相对于要研究的问题,其大小和形状可以忽略的带电体。
(为真空电容率),令,
(2)库仑定律指出两静止电荷间的作用力是有心力,
(1)库仑定律成立的条件是真空和静止,静止:
两个电荷相对静止,且相对于观察者静止;可放宽为静止的源电荷对运动电荷的作用力。
但不能推广至运动电荷对静止电荷的作用力。
力的大小与两电荷间的距离服从平方反比律。
(3)库仑定律是一条实验定律,(4)库仑定律给出的平方反比律中,r值的范围相当大,近代物理实验表明,r的数量级可在1017107m范围。
(5)库仑定律适用于点电荷,故r永不趋于零,当存在两个以上电荷时,只存在两两之间的作用,即,某一点电荷所受总的作用力等于其它各个点电荷单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和库仑力的叠加原理,二、库仑力的叠加原理,对于电荷连续分布的有限大小的带电体,可将其视为由许多电荷元所组成的电荷系统。
电荷元dq对q0的作用力dF为,根据电力叠加原理:
(矢量积分),6.1.2,静电场电场强度,一、电场,历史上存在着两种作用的争论:
近距作用:
通过接触或媒介,作用需要时间。
最初认为媒介是“以太”。
1887年A.A.Michelson与E.W.Morley合作实验得到“零”结果,否定了“以太”的存在。
1907年诺贝尔奖,1.相互作用的传递,6.1.2电场电场强度,2.场的提出,法拉第的力线思想,Faraday近距作用观点的场论思想多用力线表达,也称为力线思想。
W.Thomson指出:
“在Faraday的许多贡献中,最伟大的一个就是力线概念了。
我想,借助于它就可以把电场和磁场的许多性质,最简单而又极富启发性地表示出来。
”,3.电场,以太并不存在,电力(磁力)通过电场(磁场)传递。
凡是有电荷的地方,周围就存在电场。
电场对处在场内的其他电荷有力作用。
电荷受到电场的作用力仅由该电荷所在处的电场决定,与其他地方的电场无关,这就是场的观点。
即开尔文勋爵,电荷会在其周围激发电场,该电场对处在其中的任何电荷都有作用力,电场是物质存在的一种形态,也具有能量、动量、速度,4.静电场,静电场对其他电荷的作用力就是静电力。
或,电场的基本性质对放在其内的任何电荷都有作用力电场力对移动的电荷作功,二、电场强度的定义,电场中某点处的电场强度等于位于该点处的单位试验电荷所受的力,其方向为正电荷受力方向.,电荷在电场中受力,试验电荷:
电荷量足够小,线度足够小。
故对原电场几乎无影响,且可反映空间点的情况。
(1)E与q成反比,因为公式中q0出现在分母上。
(2)E与q无关,因为分子F中含有q因子。
(1)E与q成反比,因为公式中q0出现在分母上。
0,
(2)E与q无关,因为分子F中含有q因子。
0,0,
(1)E与q成反比,因为公式中q0出现在分母上。
0,
(2)E与q无关,因为分子F中含有q因子。
0,0,6.1.2电场强度的叠加原理,合库仑力,合场强,5.2.3电场强度的计算,一、点电荷的电场,小结:
点电荷的电场分布特点,球对称性,思考:
二、点电荷系的电场,三、连续带电体的电场,电荷密度,四、几种典型带电系统的电场,电偶极矩(电矩),1.电偶极子的电场强度,
(1)电偶极子轴线延长线上一点的电场强度,
(2)(按书上求解步骤讲)电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度,由对称性有,解:
(可讲可不讲)例6.4在垂直于均匀带电圆环的轴上的场强。
一均匀带电细圆环,半径为R,总电量为q,求圆环轴线上任一点的场强。
(1),(点电荷电场强度),
(2),(3),讨论:
作业6.3,
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