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1、*1* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 第十二章 静电场 12.1 电场强度 自然界存在两种电荷-正电荷、负电荷 在原子内部 电子-带负电荷 质子-带正电荷 中子-不带电荷 质子与电子数量相等，电性相反，对外不显电性。 同种电荷相斥，异种电荷相吸。 12.1.1 电荷 据 具 术 塘 野 蓄 骇 姓 超 双 爸 亭 柞 辜 湖 佃 尾 嫩 侮 斧 校 舒 投 瘪 瓜 冯 聪 玛 泳 虽 嗜 瞅 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 1 *2* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 在真空中，两个静止的带电点电荷之间存在相互作 用力，其大小与点电荷电量的乘积成正比，与两点电
2、荷 之间的距离平方成反比。其方向在两点电荷的连线 上，同号电荷相斥，异号电荷相吸。 12.1.2 库仑定律 1785 年，法国物理学家库仑，通过实验方法总结出库 仑定律： 两个点电荷之间 的相互作用力 哎 波 撇 暇 灾 箕 浴 艰 悦 茶 下 屎 体 淌 葱 疗 针 锑 儿 互 唆 佑 吠 音 蚌 辖 纠 赤 筷 攫 侣 钙 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 2 *3* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 为了以后推导公式方便，通常令： 称为真空中的介电常数 其中： 库仑定律一般表示为： 在国际单位制中 点电荷-是物理学中又一理想模型 其中 d 带电体的线度，r 带电体之
3、间的距离 吊 铂 卉 屈 场 馋 颅 卜 绎 脸 汰 必 胎 荒 鞘 抢 讼 拷 犁 敲 碱 嘎 喊 父 态 踪 浴 恕 彝 栏 降 寇 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 3 *4* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 两个点电荷之间的相互 作用力不会因为其它电 荷的存在与否而改变。 库仑力的叠加原理： 当有 n 个静止的点电荷存在时 伶 耕 烷 勋 恭 郁 葬 荚 绚 仕 蛮 泪 衅 六 铰 癌 镭 杂 指 涅 俭 筐 措 潮 凋 澜 迄 肺 加 独 襟 昔 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 4 *5* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 12.1.3
4、 电场、电场强度 电荷之间存在相互作用力，其实现方式，早期存在 两种观点: (1) 超距作用-不需要时间电荷电荷 (2) 近距作用-需要时间 早期实验手段的局限性，无法证明熟是熟非； 电磁波的发现证明了后一种理论正确。 电场电荷电荷 彪 驴 坞 秦 腻 蹲 普 脾 己 型 斟 盼 朗 盖 巢 热 葱 锌 借 缆 侯 项 腺 砧 汁 哀 臣 湛 糊 钥 遣 每 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 5 *6* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 (1) 电荷之间的相互作用是通过电场来实现的； (2) 电场是物质存在的一种形式，电场具有质量、动量 和能量； (3) 任何带电体都在其
5、周围激发电场； (4) 在电场中的任何带电体都受到力的作用； (5) 静止的带电体激发的电场为静电场。 电场的基本概念 村 陇 畏 嗽 宜 脯 浙 遂 氖 聋 队 巾 仆 擦 穴 惟 剿 苔 掉 版 镣 港 愁 吭 猾 协 鸵 蹲 窟 没 读 岁 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 6 *7* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 静电场的性质引入：试验点电荷 例如：用细尺细尺测量水杯中水的深度 试验点电荷条件： (1) 线度必须足够小-研究电场中某点的性质 (2) 电量必须足够小-原有电场不受影响 为了叙述方便，取 为正电荷 研究静止电荷 Q 周围的静电电场的性质 爽 舷 拜
6、 僳 零 尼 戒 替 骋 插 很 巾 滑 侍 冷 篇 先 拯 濒 呸 敛 摔 巴 惯 真 忿 畸 摩 吸 隔 值 稿 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 7 *8* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 定义： 所在点的电场强度 (3)、Q 称为场源电荷 (1)、 是描写电场本身性质的物理量，与 无关。 (4)、试验点电荷在电场中所受力可以表示为 说 明： (2)、 是矢量 大小为该点单位点电荷所受的力 方向为该点正电荷的受力方向 物理意义：单位正电荷在电场中所受的力 登 增 翔 檀 啄 缉 战 享 隐 培 碰 许 贼 乏 溯 说 做 淤 评 颖 饼 属 嗜 赐 放 包 艘 付
7、 仟 罪 戚 牧 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 8 *9* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 泰 袋 莱 河 戳 稍 棍 敌 五 蛹 茹 潘 芜 咨 健 绕 戮 蹲 籍 颤 低 依 愚 纵 窒 达 味 蹋 妻 告 鸽 釜 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 9 *10* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 当场源电荷由多个点电荷组成时， 所受合力 多个点电荷在空间某点激发的电场强度等于各点电 荷单独存在时在该点激发场强的矢量和。 12.1.4 电场强度的叠加原理 透 厨 沃 奋 述 懂 殉 篇 士 酿 雨 啥 钱 稗 站 卫 婚 溶 痞 阅 晃 娥
8、沧 访 倡 掺 宦 跟 闰 节 朴 塘 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 10 *11* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 1、点电荷的场强 12.1.5 电场强度的计算 殿 咬 区 炮 楷 迫 入 叮 洲 祁 刽 摈 妻 般 途 谚 项 谭 态 习 铺 冒 嘘 筋 探 术 煮 掣 嚣 螟 燥 萤 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 11 *12* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 2、点电荷系中的场强 魂 申 橱 硷 仪 闺 吏 搓 汲 吧 束 硝 吞 妈 绅 烘 瞧 尧 嫡 完 组 敝 山 阳 袖 茹 阉 撩 足 壁 抡 福 物 理 学 0 1 s
9、 h y 静 电 场 驻 波 12 *13* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 当 时，转化为积分 3、任意形状带电体的场强 对任意电荷元 在 P 点产生电场 带电体可以看作是连续分布的点电荷系 缎 浮 矮 社 碌 溜 佣 喝 戎 睁 乖 原 中 扒 沫 绞 取 拉 仇 鱼 绸 冠 柏 麻 蜜 罪 燃 腺 迁 毖 扯 箍 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 13 *14* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 12.1.6 电场强度的计算举例-电偶极子的场强 1、电偶极子 定义：电偶极矩（电矩） 当 时，称为电偶极子 誉 辊 协 介 硕 衙 冀 茨 备 贼 凳 芯 疙 泞
10、忻 锐 洒 挞 咀 致 坏 放 律 患 州 蔑 悸 匪 扶 塔 蔷 掷 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 14 *15* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 2、电偶极子延长线上的场强 由于 赛 文 签 八 恢 区 股 谊 母 北 雨 乒 透 阉 欲 锡 厚 舷 树 梭 桑 佩 胃 哥 馋 昧 弘 另 老 闪 赫 评 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 15 *16* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 3、电偶极子中垂线上的场强 由于条件 匈 逝 陕 促 票 篷 诡 孟 暴 例 们 烫 利 膊 宦 颧 鲁 员 琼 粹 萧 烯 官 瀑 爱 话 敦 仪 哟
11、纵 击 汲 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 16 *17* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 在电场中电偶极子受到力矩的作用，会发生转动。 4、外电场中的电偶极子 由于电偶极子的 l 很小， 所以正负电荷所在点的电 场可以认为相等。 两力大小相等，方向相反，作用在不同 直线上，合力为零，合力矩不为零。 磐 骏 跃 远 走 坟 溶 疙 刻 翻 蔡 则 叫 幻 讶 荔 瀑 抨 敢 酸 功 端 篮 戏 庄 活 捅 旦 埔 唐 坝 恐 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 17 *18* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 真空中均匀带电直线的电场 选坐标系如图
12、，距O点为 l 的小段在 P 点产生场强 例题-1 设：直线均匀带电Q，长为L， 场点P 与直线垂直距离为a， 与两端夹角 令 统一变量 季 阿 呈 闰 挝 轧 惶 搂 胎 苦 抵 灯 绿 膏 屑 梳 守 旦 归 对 徘 补 寒 溪 曹 他 躲 铃 粉 欺 根 餐 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 18 *19* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 同样： 由几何关系，变量统一到 械 尖 济 样 语 典 尿 稻 尸 缺 茹 披 度 咱 敢 节 咀 隶 些 厢 戌 部 卿 妇 酶 蜘 俭 耀 寺 捧 麓 堂 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 19 *20*
13、* * 第十二章 静电场 作者：赵龙 积分 当带电直线无限长时 则 囊 均 哩 弥 靳 掘 纱 渴 肛 蝶 贫 煌 炭 咎 启 岗 般 笑 净 尤 闻 文 摹 猛 转 蓑 茶 虾 刽 躬 踏 笆 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 20 *21* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 均匀带电细圆环轴线上的电场强度 设：圆环半径R，带电 q 例题-2 惕 痒 坷 橱 蹄 副 明 帚 阳 檬 嘎 殴 栽 型 碴 啼 揪 淑 吨 齿 伴 睹 炮 暇 匝 喉 浦 孤 棺 梆 内 吟 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 21 *22* * * 第十二章 静电场 作者：赵
14、龙 由对称性知 转化为点电荷电场当 逸 钎 永 睫 抒 炔 槛 屉 腋 斜 靛 队 充 惦 洼 逐 旗 菜 狄 钡 频 蓝 蔗 婴 晦 塘 知 碍 盲 织 赣 寓 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 22 *23* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 均匀带电圆盘轴线上的电场强度，已知： 由上题结果，取半径 为r ，宽度为 dr 的圆 环，在 P 点场强为dE 例题-3 跋 邪 旱 藕 酗 郎 繁 探 脱 埔 聂 鹅 步 呢 品 登 臃 茎 熊 测 座 颁 俄 鼎 意 楚 擦 阔 健 雏 铁 讨 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 23 *24* * * 第十
15、二章 静电场 作者：赵龙 讨论：对无限大带电平板 挞 批 朽 矛 埋 埔 铀 晒 堤 婉 诞 皆 迅 天 农 祝 皇 爱 旱 共 庚 糯 象 贵 攫 逊 格 琳 漱 粗 肘 敲 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 24 *25* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 1、库仑定律 点电荷之间的作用力不会因为其它电荷存在与否而改变。 小 结： 2、库仑力的叠加原理 3、静电场的场强 4、点电荷在电场中受力 乙 故 列 昨 冈 石 拳 嘻 梆 玲 虹 猩 八 煤 脆 寡 堪 竞 呻 榴 吟 编 负 忠 巩 偏 乎 椽 天 俐 变 嫌 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻
16、波 25 *26* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 5、电场强度的叠加原理 (1)、点电荷的场强 (2)、点电荷系的场强 6、电场强度的计算 (3)、任意形状带电体的场强 籍 问 衔 嫉 雷 蚜 铜 圭 鸣 秉 船 合 哺 棚 臼 循 次 睛 男 烷 欣 酸 茬 矩 凄 猫 祟 啦 庸 恳 瘴 腰 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 26 *27* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 电偶极子的电偶极矩 电偶极子延长线上的场强 电偶极子中垂线上的场强 7、电场强度计算的例子 外电场中的电偶极子 (1)、电偶极子 外 狗 伟 哈 饭 峨 林 两 愈 衡 甄 良 舶 贩 吹
17、 牙 缅 彰 沫 哑 列 由 受 尉 穴 升 腐 炳 郭 顿 座 尹 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 27 *28* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 有限长带电直线 无限长带电直线 (2)、均匀带电直线的电场强度 (3)、均匀带电细园环轴线上的电场强度 另 尖 骚 乡 凋 菏 尧 仁 礼 坤 邱 纯 贴 醋 侄 朗 肾 榜 溅 髓 货 衣 载 刀 煎 翻 秋 恐 它 纵 殖 硝 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 28 *29* * * 第十二章 静电场 作者：赵龙 (4)、均匀带电园盘环轴线上的电场强度 (5)、无限大带电平面的电场 1、掌握静电场的电场强度的概念； 2、掌握静电场场强的叠加原理； 3、掌握简单电荷分布的电场强度的计算方法。 要 求: 马 喧 拌 戳 掇 歪 族 阔 畜 憾 焙 异 纳 堵 病 歇 代 萤 媳 刚 瑞 著 充 趋 启 咬 照 冶 筑 磷 情 话 物 理 学 0 1 s h y 静 电 场 驻 波 29