1、第八章静电场第八章静电场（第十三、十四章（第十三、十四章）第三篇第三篇电场和磁场电场和磁场静电场静电场恒定磁场恒定磁场电磁场电磁场真空（第八章）真空（第八章）电介质（第九章）电介质（第九章）真空真空（第十一章）（第十一章）磁介质磁介质（第十二章）（第十二章）第八章静电场第八章静电场l掌握掌握描述静电场的两个物理量描述静电场的两个物理量电场强度和电势的概念。电场强度和电势的概念。l理解理解高斯定理及静电场的环路定理是静电场的两个重要定理，高斯定理及静电场的环路定理是静电场的两个重要定理，理解用高斯定理计算电场强度的条件和方法。理解用高斯定理计算电场强度的条件和方法。l掌握掌握电场强度的叠加原理、
2、场强与电势的积分关系，会计算电场强度的叠加原理、场强与电势的积分关系，会计算一些典型、简单问题中的电场强度和电势。一些典型、简单问题中的电场强度和电势。l了解了解电偶极子概念，能分析电偶极子在均匀电场中的受力和电偶极子概念，能分析电偶极子在均匀电场中的受力和运动运动第八章第八章 真空中的静电场（真空中的静电场（Electrostatic Field in Vacuum）第八章静电场第八章静电场三三.重点、难点重点、难点重点重点:1.利用叠加原理利用叠加原理计算电场强度计算电场强度 2.高斯定理及其应用高斯定理及其应用难点难点:应用高斯定理求解电场应用高斯定理求解电场四四.教学方法教学方法习题习
3、题与与演练演练相结合相结合二二.教学内容教学内容电荷、库仑定律、场强及场强迭加原理、真空中的高斯定电荷、库仑定律、场强及场强迭加原理、真空中的高斯定理、静电场力的功、静电场的环路定理、电势能、电势理、静电场力的功、静电场的环路定理、电势能、电势第八章静电场第八章静电场 一、电磁学发展史一、电磁学发展史 1.1.最早的记载：公元前最早的记载：公元前 600600年左右年左右 2.17452.1745年，年，荷兰荷兰莱顿大学教授莱顿大学教授马森布罗克马森布罗克制成了莱顿瓶，制成了莱顿瓶，可以将电荷储存起来，供电学实验使用，为电学研究打下可以将电荷储存起来，供电学实验使用，为电学研究打下了基础。了基
4、础。3.17523.1752年年7 7月，月，美国美国著名的科学家、文学家、政治家著名的科学家、文学家、政治家富兰富兰克林克林的风筝试验，证实了闪电式放电现象，从此拉开了人的风筝试验，证实了闪电式放电现象，从此拉开了人们研究电学的序幕。们研究电学的序幕。第八章静电场第八章静电场4.17534.1753年，年，俄国俄国著名的电学家著名的电学家利赫曼利赫曼在验证富兰克林的实在验证富兰克林的实验时，被雷电击中，为科学探索献出了宝贵的生命。验时，被雷电击中，为科学探索献出了宝贵的生命。5.16385.1638年，在我国的某些建筑学的书籍中就有关于避雷的年，在我国的某些建筑学的书籍中就有关于避雷的记载：
5、屋顶的四角都被雕饰成龙头的形状，仰头、张口，在记载：屋顶的四角都被雕饰成龙头的形状，仰头、张口，在它们的舌头上有一根金属芯子，其末端伸到地下，如有雷电它们的舌头上有一根金属芯子，其末端伸到地下，如有雷电击中房顶，会顺着龙舌引入地下，不会对房屋造成危险。击中房顶，会顺着龙舌引入地下，不会对房屋造成危险。6.17716.177117731773年间，年间，英国英国科学家科学家卡文迪许卡文迪许进行了大量的静进行了大量的静电试验，证明在静电情况下，导体上的电荷只分布在导体表电试验，证明在静电情况下，导体上的电荷只分布在导体表面上。面上。第八章静电场第八章静电场 7.17857.1785年，年，法国法国
6、科学家科学家库仑库仑在实验规律的基础上，提出了在实验规律的基础上，提出了第一个电学定律：库仑定律。使电学研究走上了理论研究第一个电学定律：库仑定律。使电学研究走上了理论研究的道路。的道路。8.18208.1820年，由年，由丹麦丹麦的科学家的科学家奥斯特奥斯特在课堂上的一次试验中，在课堂上的一次试验中，发现了电的磁效应，从此将电和磁联系在一起发现了电的磁效应，从此将电和磁联系在一起 。9.18319.1831年，年，英国英国实验物理学家实验物理学家法拉第法拉第发现了电磁感应定发现了电磁感应定律律 。并设计了世界上第一台感应发电机。并设计了世界上第一台感应发电机。奥斯特的电生磁和法拉第的磁生电奠
7、定了电磁学的基础。奥斯特的电生磁和法拉第的磁生电奠定了电磁学的基础。1010、电磁学理论的完成者电磁学理论的完成者英国英国的物理学家的物理学家麦克斯韦麦克斯韦（1831187918311879）。麦克斯韦方程组）。麦克斯韦方程组用最完美的数学用最完美的数学形式表达了宏观电磁学的全部内容形式表达了宏观电磁学的全部内容 。麦克斯韦从理论上预。麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在。言了电磁波的存在。第八章静电场第八章静电场 11.186611.1866年，年，德国德国的的西门子西门子发明了使用电磁铁的发电机，发明了使用电磁铁的发电机，为电力工业开辟了道路。为电力工业开辟了道路。12.187612.18
8、76年，年，美国美国贝尔贝尔发明了电话，实现了电声通信。发明了电话，实现了电声通信。13.187913.1879年，年，美国美国发明家发明家爱迪生爱迪生发明了电灯，使电进入了发明了电灯，使电进入了人们的日常生活。人们的日常生活。14.188714.1887年，年，德国德国的物理学家的物理学家赫兹赫兹首次用人工的方法产生首次用人工的方法产生了电磁波。了电磁波。15.15.随之，随之，俄国俄国的的波波夫波波夫和和意大利意大利的的马可尼马可尼，利用电磁波，利用电磁波通信获得成功，开创了人类无线通信的新时代。通信获得成功，开创了人类无线通信的新时代。第八章静电场第八章静电场1.电荷电荷(Electri
9、c charge)种类：正、负电荷种类：正、负电荷电荷守恒电荷守恒-19 e1.602 10qne库仑电荷量子化：电荷量子化：是产生电磁场的源泉；是产生电磁场的源泉；q1dq2r第八章静电场第八章静电场库仑定律库仑定律2.库仑定律库仑定律(Coulombs Law)1q12r21F12F2q121212301214q qFrr适用条件：适用条件：真空真空电荷相对静止电荷相对静止点电荷点电荷注：力的叠加注：力的叠加第八章静电场第八章静电场例例8-1(p9)：氢原子在基态下，电子在：氢原子在基态下，电子在r=0.529 10-10m 的球面附近出现的概率最大。试计算基态下电子和质的球面附近出现的概
10、率最大。试计算基态下电子和质子之间的静电力和万有引力子之间的静电力和万有引力。解解:由库仑定律由库仑定律,电子和质子间的静电力为电子和质子间的静电力为22041reFe21992101.60 109.0 100.529 10N81022.8由万有引力定律由万有引力定律,电子和质子间的万有引力为电子和质子间的万有引力为NrmmGFg472102731112211063.310529.01067.11011.91067.6391026.2 gFeF库仑定律库仑定律第八章静电场第八章静电场8-2 电场电场 电场强度电场强度1.电场电场(Electric field)两种观点两种观点超距作用超距作用直
11、接作用直接作用无需时间无需时间电场电场电荷电荷1电荷电荷2电场电场1电场电场2电荷电荷1电荷电荷2产生产生作用作用作用作用产生产生静电场的主要表现：静电场的主要表现：1.电场力：电场力：放到电场中的电荷要受到电场力放到电场中的电荷要受到电场力2.电场力作功：电场力作功：电荷在电场中移动时，电场力要作功。电荷在电场中移动时，电场力要作功。第八章静电场第八章静电场电量小电量小（对待测电场影响小）（对待测电场影响小）尺寸小尺寸小(点电荷点电荷)2.电场强度电场强度(Electric field intensity)AFq0q0BFAB电场强度电场强度定义：定义：0qFEq试验电荷试验电荷q q0 0
12、的条件的条件 第八章静电场第八章静电场3.电场强度的计算电场强度的计算（1）点电荷的电场）点电荷的电场（3）连续分布电荷的电场）连续分布电荷的电场（2）点电荷系的电场（）点电荷系的电场（场强叠加场强叠加原理）原理）电场强度的计算电场强度的计算 ii3i0iirrq41EEi rrdqEdE3041第八章静电场第八章静电场场点场点P源点源点qr（1)点电荷的电场点电荷的电场rrqqF30041E0qFrrq3041FE0q电场强度的计算电场强度的计算求点电荷求点电荷q(源电荷源电荷)在在p点点(场点场点)产生的电场产生的电场+ErEr第八章静电场第八章静电场qiq2q0q1（2)点电荷系的电场点
13、电荷系的电场 nFFFF210qFEnEEE21iEE1F2FiFniiF1电场强度的计算电场强度的计算源电荷源电荷:q1、q2、qi、p点放检验电荷点放检验电荷q0，则则q0受力受力 p点场强点场强 第八章静电场第八章静电场解：解：例例8-5(P17).1 求电偶极子中垂线上的电场。求电偶极子中垂线上的电场。(点电荷系）点电荷系）y)4/(22lyq+Pl EE041EE2cosP+qq2/l2/lEEE电场强度的计算电场强度的计算lPq电偶极矩（电矩）电偶极矩（电矩）30y41qlxy+221/2/22E(y/4)ll(ly)第八章静电场第八章静电场电场强度的计算电场强度的计算(3)连续带
14、电体的电场连续带电体的电场QdqP.rEd2.由由dq dE (利用点电荷场强公式利用点电荷场强公式)3.由由dE E=dE (利用场强叠加原理利用场强叠加原理)1.把把Q 无限多无限多dqE=dE Ex=dEx Ey=dEy Ez=dEz4.建立坐标，将矢量积分化作分量积分建立坐标，将矢量积分化作分量积分 解题步骤：解题步骤：(点电荷场强积分法点电荷场强积分法)u根据带电体的对称性，分析某分量积分是否为零。根据带电体的对称性，分析某分量积分是否为零。第八章静电场第八章静电场例例8-6(P22).求一均匀带电直线在求一均匀带电直线在P点的场强。点的场强。解：解：xqdd20d41drxEcos
15、d41d20rxExsind41d20rxEy建立坐标，建立坐标，将将 投影到坐标轴上投影到坐标轴上Ed电场强度的计算电场强度的计算确定确定 的方向的方向Ed确定确定 的大小的大小Ed选择电荷元选择电荷元Edxy选择积分变量，定积分限，进行积分选择积分变量，定积分限，进行积分21Padxrx第八章静电场第八章静电场 积分变量代换积分变量代换sin/ar actgxdcscd2ax 代入积分表达式代入积分表达式212220coscsc4cscxEada 21dcos40a)sin(sin4120a 同理可算出同理可算出)cos(cos4210aEyxdxPEd21arxy电场强度的计算电场强度的
16、计算第八章静电场第八章静电场当直线长度当直线长度无限长均匀带电直线的场强：无限长均匀带电直线的场强：)cos(cos4210aEy)sin(sin4120aEx0 xEaaEy00224L012电场强度的计算电场强度的计算讨论：讨论：极限情况极限情况第八章静电场第八章静电场 例例8-7(P24)求一均匀带电圆环轴线上任一点求一均匀带电圆环轴线上任一点x处的电场处的电场电场强度的计算电场强度的计算xpR 解：解：lqdd20d41drlE建立坐标，将建立坐标，将 投影到坐标轴上投影到坐标轴上Ed确定确定 的方向的方向Ed确定确定 的大小的大小Ed选择电荷元选择电荷元qdEdrxzy由对称性由对称性0zyEEqdRzxyEd第八章静电场第八章静电场cosdEEEx204cosrq221/2cos()xxrRxxxpRrzyqdEd电场强度的计算电场强度的计算选择积分变量，积分选择积分变量，积分qrEd4cos20cos420rdq第八章静电场第八章静电场电场强度的计算电场强度的计算204 xqERx 当当即圆环中心场强为零即圆环中心场强为零与点电荷的场强相同与点电荷的场强相同00 Ex当当讨论讨论223/204()qxERxxxpRrzyqdEd第八章静电场第八章静电场作业作业(P73)8-15(1)8-18第八章静电场第八章静电场点电荷：点电荷：。Errq3041
