1、16.16.1库仑定律静电力叠加原理库仑定律静电力叠加原理6.26.2电场强度电场强度6.36.3高斯定理高斯定理6.46.4电势电势6.56.5静电场中的导体静电场中的导体6.66.6电容器的电容电容器的电容6.76.7静电场中的电介质静电场中的电介质6.86.8电容器的储能公式静电场的能量电容器的储能公式静电场的能量第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理2电磁现象是普遍存在的自然现象之一，以电磁现象是普遍存在的自然现象之一，以“电磁运动电磁运动及其相互作用规律及其相互作用规律”为研究对象的电磁学是物理学的为研究对象的电磁学是物理学的重要组成部
2、分。通过对电磁现象研究，人们认识到物重要组成部分。通过对电磁现象研究，人们认识到物质不但能以实物的形式存在，而且还能以场的形式存质不但能以实物的形式存在，而且还能以场的形式存在。在。第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理3电磁学理论的形成是物理学史上的一次大综合电磁学理论的形成是物理学史上的一次大综合法拉第法拉第的电磁感应定律：的电磁感应定律：电磁一体电磁一体麦克斯韦麦克斯韦电磁场统一理论（电磁场统一理论（19世纪中叶）世纪中叶）赫兹赫兹在实验中证实电磁波的存在，光是电磁波在实验中证实电磁波的存在，光是电磁波.技术上的重要意义：发电机、电动机、无
3、线电技术等技术上的重要意义：发电机、电动机、无线电技术等.库仑库仑定律：定律：电荷与电荷间的相互作用电荷与电荷间的相互作用 （磁极与磁极间的相互作用）（磁极与磁极间的相互作用）奥斯特奥斯特的发现：的发现：电流的磁效应，安培发现电流与电流电流的磁效应，安培发现电流与电流 间的相互作用规律间的相互作用规律.第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理4 早期，人们通过毛皮与琥珀的摩擦和对自然界闪电的观察发现了电相互作用现象.对电的定量研究则始于库仑定律.第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理5 经其他物体摩擦
4、过的物体所具有的吸引经其他物体摩擦过的物体所具有的吸引轻小物体的性质表明物体带了电。轻小物体的性质表明物体带了电。实验表明，自然界中只存在两种电荷：实验表明，自然界中只存在两种电荷：正电荷正电荷（如：丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷）（如：丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷）负电荷负电荷（如：毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带电荷）（如：毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带电荷）同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。正常情况下，每个原子核所包含的电正常情况下，每个原子核所包含的电子数和质子数相等子数和质子数相等，物体对外呈电中性，物体对外呈电中性，通过摩擦、感应可使物体（局部）带电。通过摩擦、感
5、应可使物体（局部）带电。6.1.1 电荷电荷第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理6 物体能够产生电磁现象归因于物体所带的电荷物体能够产生电磁现象归因于物体所带的电荷以及电荷的运动。以及电荷的运动。当物质处于电中性时，质子数电子数，当物当物质处于电中性时，质子数电子数，当物质的电子过多或过少时，物质就带有电。物体带电质的电子过多或过少时，物质就带有电。物体带电的本质是两种物体间发生了电子的转移。即一物体的本质是两种物体间发生了电子的转移。即一物体失去电子带正电，另一物体得到电子带负电。失去电子带正电，另一物体得到电子带负电。定义定义：物体所带电荷
6、的多少叫作电量。：物体所带电荷的多少叫作电量。单位单位：库仑（：库仑（C）注意不是国际单位制的注意不是国际单位制的基本单位基本单位6.1.1 电荷电荷第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理7 实验证明，在自然界中，实验证明，在自然界中，任何带电体的电量只可能是任何带电体的电量只可能是某一基本单元的整数值某一基本单元的整数值。),3,2,1(nneqC10602.119e电子电荷电子电荷 1897年年J.J.汤姆孙测量了汤姆孙测量了阴极射线粒子的电荷与质量之阴极射线粒子的电荷与质量之比，发现了电子；比，发现了电子；1913年年R.A.密立根通过密立
7、根通过油滴油滴实验得出带电实验得出带电体的电荷体的电荷:电荷的量子化电荷的量子化第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理8 电荷的这种只能取离散的、不连续的量值电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电荷的的性质，叫作电荷的量子化量子化。本章所涉及的带电体的电荷往往是基本电本章所涉及的带电体的电荷往往是基本电荷的许多倍，这时只从总体效果上认为电荷是荷的许多倍，这时只从总体效果上认为电荷是连续地分布在带电体上的，而忽略了电荷量子连续地分布在带电体上的，而忽略了电荷量子化引起的起伏。化引起的起伏。电荷的量子化电荷的量子化第第6章章 静电场静电场
8、6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理9电荷守恒定律电荷守恒定律 假如一个系统中有两个电中性的物体，由于某假如一个系统中有两个电中性的物体，由于某些原因，使得一些电子从一个物体移动到了另一个物些原因，使得一些电子从一个物体移动到了另一个物体上，则前者带正电，后者带负电，但两物体正负电体上，则前者带正电，后者带负电，但两物体正负电荷的代数和仍为零。荷的代数和仍为零。内容内容：不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷：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。的代数和保持不变。说明说明：电荷守恒定律是自然界的基本守恒定律之：电荷守恒定律是自然界的基本守恒定律之一，无
9、论在宏观领域，还是在微观领域都是成立的。一，无论在宏观领域，还是在微观领域都是成立的。第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理10关于电荷关于电荷1电荷不能脱离其电场而单独存在；电荷不能脱离其电场而单独存在；2电荷不能脱离其质量而单独存在；电荷不能脱离其质量而单独存在；3电子电荷分布的最小范围：电子电荷分布的最小范围：r110-18m。4一个电荷的电量与它的运动状态无关，即系统所一个电荷的电量与它的运动状态无关，即系统所 带电荷与参考系的选取无关。带电荷与参考系的选取无关。电荷守恒定律电荷守恒定律第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦
10、定律 静电力叠加原理静电力叠加原理11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.6.1.2 库仑定律库仑定律第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理121、点电荷、点电荷 点电荷是一个理想化的物理模型，当两点电荷是一个理想化的物理模型，当两个带电体本身的线度比它们之间的距离小个带电体本身的线度比它们之间的距离小得很多
11、时，带电体可近似地当作点电荷，得很多时，带电体可近似地当作点电荷，即不考虑其大小和形状。即不考虑其大小和形状。6.1.2 库仑定律库仑定律第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理132、库仑定律（、库仑定律（Coulomb Law）1785年，法国物理学家库仑利用扭秤实验直年，法国物理学家库仑利用扭秤实验直接测量了两个带电球体之间的作用力。库仑在实接测量了两个带电球体之间的作用力。库仑在实验的基础上，提出了两点电荷之间相互作用的规验的基础上，提出了两点电荷之间相互作用的规律，即库仑定律：律，即库仑定律：库仑定律库仑定律：在真空中，两个静止的点电荷之
12、：在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小与点电荷电量的乘积成间的相互作用力，其大小与点电荷电量的乘积成正比，与两点电荷之间距离的平方成反比，作用正比，与两点电荷之间距离的平方成反比，作用力在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相排斥，力在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相排斥，异号电荷互相吸引。异号电荷互相吸引。第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理141q2qr 假设两点电荷的电量分别为假设两点电荷的电量分别为q1、q2，由，由电荷电荷q1指向电荷指向电荷q2的位置矢量为的位置矢量为r，则电荷，则电荷q2受到电荷受到电荷q1的作用力（又
13、称库仑力）的作用力（又称库仑力）:rererqqF2210412、库仑定律（、库仑定律（Coulomb Law）第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理151q2q212120mNC1085.8为为真空电容率真空电容率rerqqF221041rre为由电荷为由电荷q1指向电荷指向电荷q2的位置矢量的单位矢量的位置矢量的单位矢量 re2、库仑定律（、库仑定律（Coulomb Law）第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理16rerqqF221041221041rqqF 大小：大小：方向：方向：1q2q和
14、和 同号相斥，异号相吸同号相斥，异号相吸.1q2qrre第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理172022年11月18日星期五 库仑定律是一实验定律库仑定律是一实验定律,其精确性其精确性已经受了各种检验已经受了各种检验,它在原子尺度内也它在原子尺度内也是适用的是适用的,可正确描述电子与原子核间可正确描述电子与原子核间的作用力的作用力,而且对于原子结合成分子而且对于原子结合成分子,原子、分子聚合成固体、液体的力也原子、分子聚合成固体、液体的力也可给出正确说明可给出正确说明.第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电
15、力叠加原理18库仑定律库仑定律 万有引力定律万有引力定律电荷之间相互作用力电荷之间相互作用力 万有引力万有引力2rmMFGer 112-26.6726 10N mkgG2290100.941CNmk系数：系数：引力常量：引力常量：方向：方向：同性电荷相斥，同性电荷相斥，异性电荷相吸。异性电荷相吸。方向：相互吸引方向：相互吸引rerqqF221041第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理19解解 例例 在氢原子内在氢原子内,电子和质子的间距为电子和质子的间距为 .求它们之间电相互作用和万有引力求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小并比较它
16、们的大小.m103.511kg101.931emkg1067.127pm2211kgmN1067.6GC106.119e39ge1027.2FF28e2018.2 10 N4 eFrep-47g23.6 10Nm mFGr第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理20微观微观粒子领域：与粒子领域：与静电力静电力相比，万有引力完全可以相比，万有引力完全可以忽略。而在忽略。而在宏观宏观领域，尤其是大质量天体之间的作领域，尤其是大质量天体之间的作用，则是用，则是万有引力万有引力起主导作用。起主导作用。m=5.981024 kg 例如：例如：地球质量地球质量
17、:地球电量：地球电量：q 105 C39ge1027.2FF第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理21库仑定律只讨论两个静止点电荷之间的作用力，库仑定律只讨论两个静止点电荷之间的作用力，当考虑两个以上的静止点电荷之间的作用时，就必须当考虑两个以上的静止点电荷之间的作用时，就必须补充另一个实验事实：两个点电荷之间的作用力并不补充另一个实验事实：两个点电荷之间的作用力并不因第三个点电荷的存在而有所改变。因此两个以上的因第三个点电荷的存在而有所改变。因此两个以上的点电荷对一个点电荷的作用力等于各个点电荷单独存点电荷对一个点电荷的作用力等于各个点电荷单独
18、存在时对该点电荷的作用力的矢量和。这一结论叫静电在时对该点电荷的作用力的矢量和。这一结论叫静电力叠加原理。力叠加原理。6.1.3 静电力叠加原理静电力叠加原理第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理22 对于由对于由n个点电荷组成的电荷系个点电荷组成的电荷系q1、q2、qn，它们对另一个点电荷它们对另一个点电荷q0的静电力，由静电力叠加原理的静电力，由静电力叠加原理得：得：er，i0表示从电荷表示从电荷qi指向指向q0的矢量的矢量ri0的单位矢量。的单位矢量。6.1.3 静电力叠加原理静电力叠加原理第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理23第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理24第第6章章 静电场静电场6.1 6.1 库伦定律库伦定律 静电力叠加原理静电力叠加原理25
