东南大学《大学物理》课件-第5章.pdf

第五章第五章 静电场静电场物理学物理学第五版第五版静静 电电 场场第第 五五 章章第五章第五章 静电场静电场物理学物理学第五版第五版25-1 5-1 电荷量子化电荷量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律5-2 5-2 库仑定律库仑定律5-3 5-3 电场强度电场强度5-4 5-4 电场强度通量电场强度通量 高斯定理高斯定理5-0 5-0 教学基本要求教学基本要求*5-5 5-5 密立根测定电子电荷的实验密立根测定电子电荷的实验物理学物理学第五版第五版本章目录本章目录第五章第五章 静电场静电场物理学物理学第五版第五版35-8 5-8 电场强度与电势梯度电场强度与电势梯度5-6 5-6 静电场的环路定理静电场的环路定理 电势能电势能5-7 5-7 电势电势物理学物理学第五版第五版本章目录本章目录第五章第五章 静电场静电场物理学物理学第五版第五版45-0 5-0 教学基本要求教学基本要求 一一 掌握掌握描述静电场的两个基本物理描述静电场的两个基本物理量量电场强度和电势的概念，理解电场电场强度和电势的概念，理解电场强度强度 是矢量点函数，而电势是矢量点函数，而电势V 则是标量则是标量点函数点函数.二二 理解理解静电场的两条基本定理静电场的两条基本定理高斯定理和环路定理，明确认识静电场是高斯定理和环路定理，明确认识静电场是有源有源场和场和保守保守场场.E第五章第五章 静电场静电场物理学物理学第五版第五版5 三三 掌握掌握用点电荷的电场强度和叠加用点电荷的电场强度和叠加原理以及高斯定理求解带电系统电场强度原理以及高斯定理求解带电系统电场强度的方法；能用电场强度与电势梯度的关系的方法；能用电场强度与电势梯度的关系求解较简单带电系统的电场强度求解较简单带电系统的电场强度.四四 了解了解电偶极子概念，能计算电偶电偶极子概念，能计算电偶极子在均匀电场中的受力和运动极子在均匀电场中的受力和运动.5-0 5-0 教学基本要求教学基本要求第五章第五章 静电场静电场物理学物理学第五版第五版65-1 5-1 电荷量子化电荷量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律5-2 5-2 库仑定律库仑定律5-3 5-3 电场强度电场强度5-4 5-4 电场强度通量电场强度通量 高斯定理高斯定理5-0 5-0 教学基本要求教学基本要求*5-5 5-5 密立根测定电子电荷的实验密立根测定电子电荷的实验选择进入下一节：选择进入下一节：本章目录本章目录第五章第五章 静电场静电场5-1 5-1 电荷的量子化电荷的量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律物理学物理学第五版第五版1一一 电荷的量子化电荷的量子化1 种类种类:4 电荷的量子化电荷的量子化:2 性质性质:正电荷，负电荷正电荷，负电荷库仑库仑（C）同种相斥，异种相吸同种相斥，异种相吸3 单位单位:C10602.119e)321(,nneq第五章第五章 静电场静电场5-1 5-1 电荷的量子化电荷的量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律物理学物理学第五版第五版2二二 电荷守恒定律电荷守恒定律 不管系统中的电荷如何迁移，系统的不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变电荷的代数和保持不变.（自然界的基本守恒定律之一）（自然界的基本守恒定律之一）第五章第五章 静电场静电场物理学物理学第五版第五版3本章目录本章目录5-1 5-1 电荷量子化电荷量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律5-2 5-2 库仑定律库仑定律5-3 5-3 电场强度电场强度5-4 5-4 电场强度通量电场强度通量 高斯定理高斯定理5-0 5-0 教学基本要求教学基本要求*5-5 5-5 密立根测定电子电荷的实验密立根测定电子电荷的实验选择进入下一节：选择进入下一节：第五章第五章 静电场静电场5-2 5-2 库仑定律库仑定律物理学物理学第五版第五版1库仑库仑 (C.A.Coulomb 1736 1806）法国物理学家，法国物理学家，17851785年通过年通过扭秤实验扭秤实验创立创立库库仑定律仑定律,使电磁学的研使电磁学的研究从定性进入定量阶段究从定性进入定量阶段.电荷的单位库仑以他的电荷的单位库仑以他的姓氏命名姓氏命名.第五章第五章 静电场静电场5-2 5-2 库仑定律库仑定律物理学物理学第五版第五版21q2q 库仑定律库仑定律212120mNC1085.8为为真空电容率真空电容率rerqqF221041r 点电荷：点电荷：抽象模型抽象模型re受受 的的力力1q2q第五章第五章 静电场静电场5-2 5-2 库仑定律库仑定律物理学物理学第五版第五版3rerqqF221041221041rqqF 大小：大小：方向：方向：1q2q和和 同号相斥，异号相吸同号相斥，异号相吸.1q2qrre第五章第五章 静电场静电场物理学物理学第五版第五版4本章目录本章目录5-1 5-1 电荷量子化电荷量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律5-2 5-2 库仑定律库仑定律5-3 5-3 电场强度电场强度5-4 5-4 电场强度通量电场强度通量 高斯定理高斯定理*5-5 5-5 密立根测定电子电荷的实验密立根测定电子电荷的实验选择进入下一节：选择进入下一节：5-6 5-6 静电场的环路定理静电场的环路定理 电势能电势能第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版1一一 静电场静电场静电场静电场:静止电荷周围存在的电场静止电荷周围存在的电场电电 荷荷电电 场场电电 荷荷物物 质质实物实物场场第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版2二二 电场强度电场强度1 试验电荷试验电荷 点电荷点电荷 电荷足够小电荷足够小2 电场强度电场强度0qFEQ 场源电荷场源电荷F试验电荷试验电荷0q第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版3 单位单位:11mVCN,和和试试验电荷无关验电荷无关 0qFE 电荷电荷q受电场力受电场力:EqF 定义定义:单位正试验电荷所受的电场力单位正试验电荷所受的电场力Q 场源电荷场源电荷F试验电荷试验电荷0q第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版4三三 点电荷电场强度点电荷电场强度E+E-0 QPrrerQqF200 41F0q20 41rQE rerQqFE200 41E第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版5四四 电场强度叠加原理电场强度叠加原理iiFFiiiierQqF20041iiqFqFE00 点电荷点电荷系的电场系的电场1Q2Q3Q1F2F3F1r1e2r2e3e3r0qPiiiiiierQEE20411E2E3E3E第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版6rerqE20d41d 电荷连续分布的电场电荷连续分布的电场qreEErd41d20电荷电荷体体密度密度 Vqdd VrVreEd4120PEdrqd+第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版7Sqdd SrSreEd4120电荷电荷面面密度密度 rerqE20d41d 电荷连续分布的电场电荷连续分布的电场qreEErd41d20+PqdEdr第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版8电荷电荷线线密度密度 lqdd lrlreEd 4120rerqE20d 41d 电荷连续分布的电场电荷连续分布的电场qreEErd 41d20Pl dEdr第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版9电偶极矩电偶极矩(电矩电矩)0rqp五五 电偶极子的电场强度电偶极子的电场强度电偶极子的轴电偶极子的轴0rqq+0r-第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版10（1）轴线延长线上一点的电场强度轴线延长线上一点的电场强度irxqE200)2(41irxqE200)2(41irxxrqEEE220200)4(2 4xOx20r20r.E EA.q+q-第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版110rx ixqrE30024130241xpirxxrqE220200)4(24xOx20r20r.A.q+q-E第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版12（2）轴线中垂线上一点的电场强度轴线中垂线上一点的电场强度erqE2041erqE2041202)2(ryrrr3041rpEEE0ry 3041ypEqOx0r.yBeerr+-E.EEqy第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版13 例例1 1 正电荷正电荷q均匀分布在半径为均匀分布在半径为R的圆环的圆环上上.计算通过环心点计算通过环心点O并垂直圆环平面的轴并垂直圆环平面的轴线上任一点线上任一点P处处的电场强度的电场强度.xPoxxR第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版14lqdd解解Rq220d41drlE23220)(4Rxqxrxrl204dRlrx2030d4xPoxxREdxEdl dEdrEEExdddllEEExcosdd故故0lEEd由于由于第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版15Rx（1）20 4xqE 0 x（2）0Eo23220)(4RxqxE0ddxE（3）Rx22R22R22Eox讨讨 论论xPoxxR第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版16 例例2 有一半径为有一半径为R，电荷均匀分布的薄圆电荷均匀分布的薄圆盘，其电荷面密度为盘，其电荷面密度为.求通过盘心且垂直求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点处的电场强度盘面的轴线上任意一点处的电场强度.xPxoR第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版17rrqd2d解解23220)(4ddrxqxEx23220)(d2rxrxrxEEd2/Rq)11(22220RxxxPxox2/122)(rx rdrR第五章第五章 静电场静电场5-3 5-3 电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版18xPxoRx 02ERx 204xqE 讨讨 论论)11(22220RxxxER第五章第五章 静电场静电场物理学物理学第五版第五版19本章目录本章目录5-2 5-2 库仑定律库仑定律5-3 5-3 电场强度电场强度5-4 5-4 电场强度通量电场强度通量 高斯定理高斯定理*5-5 5-5 密立根测定电子电荷的实验密立根测定电子电荷的实验选择进入下一节：选择进入下一节：5-6 5-6 静电场的环路定理静电场的环路定理 电势能电势能5-7 5-7 电势电势第五章第五章 静电场静电场5-4 5-4 电场强度通量电场强度通量 高斯定理高斯定理物理学物理学第五版第五版1一一 电场线电场线(1)切线方向为电场强度方向切线方向为电场强度方向1 规定规定2 特点特点(1)始于正电荷，止于负电荷，非闭合线始于正电荷，止于负电荷，非闭合线.典型电场典型电场的电场线的电场线分布图形分布图形(2)疏密表示电场强度的大小疏密表示电场强度的大小(2)任何两条电场线不相交任何两条电场线不相交.第五章第五章 静电场静电场5-4 5-4 电场强度通量电场强度通量 高斯定理高斯定理物理学物理学第五版第五版2二二 电场强度通量电场强度通量 通过电场中某个面的电场线数通过电场中某个面的电场线数1 定义定义2 表述表述ES eSE 匀强电场匀强电场，垂直平面时垂直平面时.ESEne第五章第五章 静电场静电场5-4 5-4 电场强度通量电场强度通量 高斯定理高斯定理物理学物理学第五版第五版3二二 电场强度通量电场强度通量 通过电场中某个面的电场线数通过电场中某个面的电场线数1