复旦大学《大学物理》课件-电场强度(1).pptx

电场强度 静电力的两种观点：电荷 电荷 “电力”应为“电场力”。力的传递不需要媒介，不需要时间。超距作用：近距作用：法拉第指出，电力的媒介是电场，电荷产生电场；电场对其他电荷有力的作用。电场 电场 电荷A 电荷B 产生 产生 作用 作用 当电荷静止不动时，两种观点的结果相同。但当电荷运动 或变化时，则出现差异。近代物理学证明“场”的观点正确。电场 电荷 电荷 一、电场 叠加性 研究方法：能法引入电势 u 力法引入场强 对外表现：a.对电荷（带电体）施加作用力 b.电场力对电荷（带电体）做功 二、电场强度 场源 电荷 试验 电荷 a.由 是否能说，与 成正比，与 成反比？讨论 b.一总电量为Q0的金属球，在它附近P点产生的场强为 。将一点电荷q0引入P点，测得q实际受力 与 q之比为 ，是大于、小于、还是等于P点的 三 点电荷的电场强度 四、场强叠加原理 点电荷系 点电荷系的电场 场强在坐标轴上的投影 连续带电体 连续带电体的电场 电荷元随不同的电荷分布应表达为 体分布 面分布 线分布 例1电偶极子 如图已知：q、-q、rl，电偶极矩 求：A点及B点的场强 解：A点 设+q和-q 的场强 分别为 和 五、电场强度的计算 对B点：结论 例2 计算电偶极子在均匀电场中所受的合力和合力矩 已知 解：合力 合力矩 将上式写为矢量式 力矩总是使电矩 转向 的方向，以达到稳定状态 可见：力矩最大；力矩最小。例3 求一均匀带电直线在O点的电场。已知：a、1、2、解题步骤 1.选电荷元 5.选择积分变量 4.建立坐标，将 投影到坐标轴上 2.确定 的方向 3.确定 的大小 选作为积分变量 当直线长度 无限长均匀带电直线的场强 当 方向垂直带电导体向外，当 方向垂直带电导体向里。讨论 课堂练习 求均匀带电细杆延长线上一点的场强。已知 q,L,a 例4 求一均匀带电圆环轴线上任一点 x处的电场。已知：q、a、x。y z x x p a dq r 当dq位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。由对称性 a.y z x dq y z x x p a dq r 讨论（1）当 的方向沿x轴正向 当 的方向沿x轴负向（2）当x=0,即在圆环中心处，当 x （3）当 时，这时可以把带电圆环看作一个点电荷 这正反映了点电荷概念的相对性 1.求均匀带电半圆环圆心处的 ，已知 R、电荷元dq产生的场 根据对称性 课堂练习：取电荷元dq则 由对称性 方向：沿Y轴负向 2.求均匀带电一细圆弧圆心处的场强，已知,R 例5 求均匀带电圆盘轴线上任一点的电场。已知：q、R、x 求：Ep 解：细圆环所带电量为 由上题结论知：R r P x dr讨论 1.当Rx（无限大均匀带电平面的场强）2.当Rx 例6 两块无限大均匀带电平面，已知电荷面密度为，计算场强分布。两板之间：两板之外：E=0 六带电体在外电场中所受的力 课堂讨论：如图已知q、d、S 求两板间的所用力 d 解：由场强叠加原理 多电子原子中的电子分布 1、电子自旋,自旋量子数 证实了原子的磁矩在外场中取向是量子化的。即角动量在空间的取向是量子化的。1921年，斯特恩（O.Stern）和盖拉赫（W.Gerlach）发现一些处于S 态的原子射线束，在非均匀磁场中一束分为两束。实验现象：屏上几条清晰可辨的黑斑 结论：原子磁矩只能取几个特定方向，即角动量在外磁场方向的投影是量子化的。斑纹条纹数=2l+1 从斑纹条纹数可确定角量子数l 发现：Li,Na,K,Cu,Ag,Au等基态原子的斑纹数为2 角动量在外磁场方向（取为z轴正向）的投影 1925年，乌仑贝克(G.E.Uhlenbeck)和高德斯密特(S.A.Goudsmit)提出：除轨道运动外，电子还存在一种自旋运动。电子具有自旋角动量和相应的自旋磁矩。自旋角动量 自旋角动量的空间取向是量子化的，在外磁场方向投影 电子自旋及空间量子化“自旋”不是宏观物体的“自转”只能说电子自旋是电子的一种内部运动 二、多电子原子系统 多电子的原子中电子的运动状态用(n,l,ml,ms)四个量子数表征：（1）主量子数n，可取n=1,2,3,4,决定原子中电子能量的主要部分。（2）角量子数l，可取l=0,1,2,(n-1)确定电子轨道角动量的值。nl表示电子态 l 0 1 2 3 4 5 6 7 8 记号 s p d f g h i k l 如 1s 2p （3）磁量子数ml，可取ml=0,1,2,l 决定电子轨道角动量在外磁场方向的分量。（4）自旋磁量子数ms，只取ms=1/2 确定电子自旋角动量在外磁场方向的分量。“原子内电子按一定壳层排列”主量子数n相同的电子组成一个主壳层。n=1,2,3,4,的壳层依次叫K,L,M,N,壳层。每一壳层上，对应l=0,1,2,3,可分成s,p,d,f分壳层。（1）泡利(W.Pauli)不相容原理 在同一原子中，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数（即处于完全相同的状态）。各壳层所可能有的最多电子数:当n给定，l 的可取值为0,1,2,n-1共n个;当l给定，ml的可取值为0,1,2,l共2l+1个;当n,l,ml 给定，ms的可取值为1/2共2个.给定主量子数为n的壳层上，可能有的最多电子数为：原子壳层和分壳层中最多可能容纳的电子数 l n 98 26(7i)22(7h)18(7g)14(7f)10(7d)6(7p)2(7s)7Q 72 22(6h)18(6g)14(6f)10(6d)6(6p)2(6s)6P 50 18(5g)14(5f)10(5d)6(5p)2(5s)5O 32 14(4f)10(4d)6(4p)2(4s)4N 18 10(3d)6(3p)2(3s)3M 8 6(2p)2(2s)2L 2 2(1s)1K Zn 6 i 5 h 4 g 3 f 2 d 1 p 0 s 原子系统处于正常态时，每个电子总是尽先占据能量最低的能级。（2）能量最小原理 K K K K K K L L L L L M M 2 He 3 Li 10 Ne 11 Na 17 Cl 8 O