大学物理讲义(下)PPT课件
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六 了解电介质的极化机理，掌握电位移矢量和 电场强度的关系.理解电介质中的高斯定理，并会用 它来计算电介质中对称电场的电场强度.
9.1 电荷 库仑定律
一.电荷
1. 正负性
2. 量子性
Qne e ( 1 .61 02 8 2 0 .0 90 06 0 ) 0 1 4 1 C 0 9
盖尔—曼提出夸克模型 :
1e 3
2e 3
3. 守恒性
在一个孤立系统中总电荷量是不变的。即在任何时刻系统
中的正电荷与负电荷的代数和保持不变，这称为电荷守恒
定律。
4. 相对论不变性 电荷的电量与它的运动状态无关
二. 库仑定律
9.1 电荷 库仑定律
1. 点电荷 当带电体的大小、形状 与带电体间的距离相比可以忽略时,
就可把带电体视为一个带电的几何点。 (一种理想模型)
r
RO dq
Ex
1
40
drq2 coθs
二 理解静电场的两条基本定理——高斯定理和 环路定理，明确认识静电场是有源场和保守场.
三 掌握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的方法.
9-0 教学基本要求
四 掌握静电平衡的条件，掌握导体处于静电平 衡时的电荷、电势、电场分布.
五 理解电场能量密度的概念，掌握电场能量的 计算.
F12
kqr1q22
r102
9.1 电荷 库仑定律
q1 F12
q2
r
r12
k 1
4 0
0 真空中的电容率（介电常数）
0 8 .85 14 8 8 7 1 2 1 0 2 F/m
F
1
40
q1q2 r2
r0
讨论：
(1) 库仑定律适用于真空中的点电荷； (2) 库仑力满足牛顿第三定律；
(3) 一般 F电F万
电场的特点 (1) 对位于其中的带电体有力的作用 (2) 带电体在电场中运动,电场力要作功
二. 电场强度
场源电荷 产生电场的电荷
在电场中任一位置处： F1 =
q1
检验电荷
F2
=E
q2
带电量足够小 点电荷
定义： 电场中某点的电场强度的大小等于单 位电荷在该点受力的大小，其方向为 正电荷在该点受力的方向。
2. 库仑定律 处在静止状态的两个点电荷，在真空（空气）中的相互作用 力的大小，与每个点电荷的电量成正比，与两个点电荷间距 离的平方成反比，作用力的方向沿着两个点电荷的连线。
电荷q1 对q2 的作用力F21
F21
k
q1q2 r2
F21kqr1q22 r201
q1
r
r21
q2 F21
电荷q2对q1的作用力F12
电磁学是研究电磁运动的一门科学。 感生电场
电荷和电场
位移电流
基 本 关 系
电流和磁场 二条基本假设 麦克斯韦 电荷和电流 三个实验基础 方程组
电场和磁场
库仑定律
毕奥—萨伐尔定律
法拉第电磁感应定律
第9章 静电场
图为1930年E.O.劳伦斯制成的世界上第一台回旋加速器
9-0 教学基本要求
强度和一电掌势握的描概述念静，电理场解的电两场个强基度本E物是理矢量量—点—函电数场， 而电势V 则是标量点函数.
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
教学计划
第五版教材下册（58+机动2）
内容
章节
课时
第九章
14+2
电磁学
34+6
第十章
12+2
第十一章
8+2
狭义相对论 4
第十四章
4
量子物理
8
第十五章
8
固体物理
4+2
第十六章
4+2
《电磁学》绪论
dEx 40acosd
dEy
sind 40a
Ex
dEx
θ2 θ1
coθsdθ
40a
40a(sθ in 2siθn1)
Ey
dEy
θ2 θ1
40asinθdθ
40a(cθ o1 scoθ2s)
讨论
(1) a >> L 杆可以看成点电荷
Ex 0
Ey
λL
40a2
(2) 无限长直导线
θ1 0 θ2
例 长为L的均匀带电直杆，电荷线密度为
求 它在空间一点P产生的电场强度（P点到杆的垂直距离为a)
解 dqdx
dE
1
40
dx
r2
y
dE
dE y
dExdEcosdEydEsin
P
dEx
由图上的几何关系
2
xataθn ()aco θt x 2
r
a1
dq O
d xac2 sθd c θ
r2 a 2 x 2 a 2 c2 sc
dE
1
40
drq2 r0
E
dq
40r2
r0
r dq
dE
P
dq
dl （线分） 布
dS （面分布） dV （体分布）
: 线密度 : 面密度 : 体密度
例 求电偶极子在延长线上和中垂线上一点产生的电场强度。
解 在E E E E 中 垂E 42 4 E 线4 0 上cE (0 (x2 0xo 2(qxE x pq sll42 l24)E 22)0 )i2(2q xEi224 xl2l04(q4r)q P220 irOl3l2令4)：q电EE偶Eq极P E矩lEPrpxqql
Ex 0
2
Ey
λ 2ε 0a
x
y
dE
dE y
P
dEx
r
a1
dq O
例 半径为R 的均匀带电细圆环，带电量为q
求 圆环轴线上任一点P 的电场强度
解
dqdl
dE
1
EdE410
40
dqr0 r2
drq2 r0
dE dEsiθn dExdEcoθs
圆环上电荷分布关于x 轴对称 E 0
x dE
dEx
P dE
9.1 电荷 库仑定律
三. 电q3场受力的力的：叠加F f1f2
对n个点电荷：
q2
q1
F F 1 F 2 .. . F n ...
i
Fi
i
410qr0iq 2i ri0
r1 q 3 r2
f1
f2
对电荷连续分布的带电体
dF
dF
q0dq
r0
40r2
r
q0
Q
F
Q4q0d0qr2
E
F
q0
三. 电场强度叠加原理
点电荷的电场
F
1
40
qr2q0 r0
点电荷系的电场
E qF 0410rq2r0
F k
Ek q0 k
E k
k
4 10q rk2 krk0
点电荷系在某点P 产生的电场强度等于各点电荷单独在该 点产生的电场强度的矢量和。这称为电场强度叠加原理。
连续分布带电体
r0
dq
例 已知两杆电荷线密度为，长度为L，相距L
求 两带电直杆间的电场力。
解 dqdx
dq
dqdx
Ox
L
dF4d0(xxdxx)2
dq
2L x 3L x
F23L Ldx0L40(2xwk.baidu.comxx)2
2 4 0
ln
4 3
9.2 静电场 电场强度
一. 静电场
早期：电磁理论是超距作用理论 后来: 法拉第提出场的概念
9.1 电荷 库仑定律
一.电荷
1. 正负性
2. 量子性
Qne e ( 1 .61 02 8 2 0 .0 90 06 0 ) 0 1 4 1 C 0 9
盖尔—曼提出夸克模型 :
1e 3
2e 3
3. 守恒性
在一个孤立系统中总电荷量是不变的。即在任何时刻系统
中的正电荷与负电荷的代数和保持不变，这称为电荷守恒
定律。
4. 相对论不变性 电荷的电量与它的运动状态无关
二. 库仑定律
9.1 电荷 库仑定律
1. 点电荷 当带电体的大小、形状 与带电体间的距离相比可以忽略时,
就可把带电体视为一个带电的几何点。 (一种理想模型)
r
RO dq
Ex
1
40
drq2 coθs
二 理解静电场的两条基本定理——高斯定理和 环路定理，明确认识静电场是有源场和保守场.
三 掌握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的方法.
9-0 教学基本要求
四 掌握静电平衡的条件，掌握导体处于静电平 衡时的电荷、电势、电场分布.
五 理解电场能量密度的概念，掌握电场能量的 计算.
F12
kqr1q22
r102
9.1 电荷 库仑定律
q1 F12
q2
r
r12
k 1
4 0
0 真空中的电容率（介电常数）
0 8 .85 14 8 8 7 1 2 1 0 2 F/m
F
1
40
q1q2 r2
r0
讨论：
(1) 库仑定律适用于真空中的点电荷； (2) 库仑力满足牛顿第三定律；
(3) 一般 F电F万
电场的特点 (1) 对位于其中的带电体有力的作用 (2) 带电体在电场中运动,电场力要作功
二. 电场强度
场源电荷 产生电场的电荷
在电场中任一位置处： F1 =
q1
检验电荷
F2
=E
q2
带电量足够小 点电荷
定义： 电场中某点的电场强度的大小等于单 位电荷在该点受力的大小，其方向为 正电荷在该点受力的方向。
2. 库仑定律 处在静止状态的两个点电荷，在真空（空气）中的相互作用 力的大小，与每个点电荷的电量成正比，与两个点电荷间距 离的平方成反比，作用力的方向沿着两个点电荷的连线。
电荷q1 对q2 的作用力F21
F21
k
q1q2 r2
F21kqr1q22 r201
q1
r
r21
q2 F21
电荷q2对q1的作用力F12
电磁学是研究电磁运动的一门科学。 感生电场
电荷和电场
位移电流
基 本 关 系
电流和磁场 二条基本假设 麦克斯韦 电荷和电流 三个实验基础 方程组
电场和磁场
库仑定律
毕奥—萨伐尔定律
法拉第电磁感应定律
第9章 静电场
图为1930年E.O.劳伦斯制成的世界上第一台回旋加速器
9-0 教学基本要求
强度和一电掌势握的描概述念静，电理场解的电两场个强基度本E物是理矢量量—点—函电数场， 而电势V 则是标量点函数.
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
教学计划
第五版教材下册（58+机动2）
内容
章节
课时
第九章
14+2
电磁学
34+6
第十章
12+2
第十一章
8+2
狭义相对论 4
第十四章
4
量子物理
8
第十五章
8
固体物理
4+2
第十六章
4+2
《电磁学》绪论
dEx 40acosd
dEy
sind 40a
Ex
dEx
θ2 θ1
coθsdθ
40a
40a(sθ in 2siθn1)
Ey
dEy
θ2 θ1
40asinθdθ
40a(cθ o1 scoθ2s)
讨论
(1) a >> L 杆可以看成点电荷
Ex 0
Ey
λL
40a2
(2) 无限长直导线
θ1 0 θ2
例 长为L的均匀带电直杆，电荷线密度为
求 它在空间一点P产生的电场强度（P点到杆的垂直距离为a)
解 dqdx
dE
1
40
dx
r2
y
dE
dE y
dExdEcosdEydEsin
P
dEx
由图上的几何关系
2
xataθn ()aco θt x 2
r
a1
dq O
d xac2 sθd c θ
r2 a 2 x 2 a 2 c2 sc
dE
1
40
drq2 r0
E
dq
40r2
r0
r dq
dE
P
dq
dl （线分） 布
dS （面分布） dV （体分布）
: 线密度 : 面密度 : 体密度
例 求电偶极子在延长线上和中垂线上一点产生的电场强度。
解 在E E E E 中 垂E 42 4 E 线4 0 上cE (0 (x2 0xo 2(qxE x pq sll42 l24)E 22)0 )i2(2q xEi224 xl2l04(q4r)q P220 irOl3l2令4)：q电EE偶Eq极P E矩lEPrpxqql
Ex 0
2
Ey
λ 2ε 0a
x
y
dE
dE y
P
dEx
r
a1
dq O
例 半径为R 的均匀带电细圆环，带电量为q
求 圆环轴线上任一点P 的电场强度
解
dqdl
dE
1
EdE410
40
dqr0 r2
drq2 r0
dE dEsiθn dExdEcoθs
圆环上电荷分布关于x 轴对称 E 0
x dE
dEx
P dE
9.1 电荷 库仑定律
三. 电q3场受力的力的：叠加F f1f2
对n个点电荷：
q2
q1
F F 1 F 2 .. . F n ...
i
Fi
i
410qr0iq 2i ri0
r1 q 3 r2
f1
f2
对电荷连续分布的带电体
dF
dF
q0dq
r0
40r2
r
q0
Q
F
Q4q0d0qr2
E
F
q0
三. 电场强度叠加原理
点电荷的电场
F
1
40
qr2q0 r0
点电荷系的电场
E qF 0410rq2r0
F k
Ek q0 k
E k
k
4 10q rk2 krk0
点电荷系在某点P 产生的电场强度等于各点电荷单独在该 点产生的电场强度的矢量和。这称为电场强度叠加原理。
连续分布带电体
r0
dq
例 已知两杆电荷线密度为，长度为L，相距L
求 两带电直杆间的电场力。
解 dqdx
dq
dqdx
Ox
L
dF4d0(xxdxx)2
dq
2L x 3L x
F23L Ldx0L40(2xwk.baidu.comxx)2
2 4 0
ln
4 3
9.2 静电场 电场强度
一. 静电场
早期：电磁理论是超距作用理论 后来: 法拉第提出场的概念