06-1 电场强度

q
E
B
E+
qL qL =− →− 3 3 4πε0 r 4πε0 r
试一试： 3. 试一试：计算空间任意一点的电场强度
第一讲 电场强度
4. 电偶极子在均匀电场中所受的力和力矩
F =0
M = flsinθ = qElsinθ
+
l
f
f
= PEsinθ
M = P ×E
θ E
P
M使得P向θ 减小的方向转(使P向和E 尽量一致的方向转)。
r3
q0
F2 F1
E = ∑Ei = E1 + E2 +⋯+ En
i
电场中某点的场强等于每个电荷单独在该点产生的 场强的叠加(矢量和 矢量和)。 场强的叠加 矢量和 。 空间某点的场强是空间所有电荷共同产生的。 空间某点的场强是空间所有电荷共同产生的。
第一讲 电场强度
1-4
电场强度的计算= ∫ d E z
1-5 典型带电体系静电场的计算 例1. 电偶极子的电场 电偶极子： 电偶极子：相距很近的等量异号电荷 描述其性质－电偶极矩： 描述其性质－电偶极矩：
L
−q
+q
p = qL
是由电介质极化，电磁波的发射、接收， 是由电介质极化，电磁波的发射、接收， 中性原子间相互作用……总结出的理想模型 中性原子间相互作用……总结出的理想模型 . ……
H
H
+
H
H
无外场
E
104
o
H 2O
第一讲 电场强度
−
分子
C
H
H
±
CH 4 分子
−
+
1.轴线延长线上 A 的场强 1.轴线延长线上
−q
L o
L2
+q
E−
A
E+
r
q
1 1 E = E+ + E− = [ ] − L 2 L 2 4πε0 (r − ) (r + ) 2 2
2rL = 4πε0 2 L2 2 (r − ) 4
第一讲 电场强度
<< r）
q1 q 2 r F2 = k 2 r r
=
1 4π ε 0
2
q1 q 2 r 2 r r
−2
牛顿（ ）； ）；q—库仑 库仑（ ） 2）SI制：F—牛顿（N）； 库仑（C）; r—米（m） SI制 牛顿 米 ） 实验结果： 实验结果： k = 8.98755 × 10 N ⋅ m ⋅ C
γ
A 费曼图 B
量子电动力学认为电磁场由 光子组成， 光子组成，带电粒子通过交 换光子相互作用。 换光子相互作用。
静电场：相对于观察者 观察者静止的带电体周围的电场 2. 静电场：相对于观察者静止的带电体周围的电场 （1）场中任何带电体都受电场力作用 — 动量传递 （2）带电体在电场中移动时，场对带电体做功—能 带电体在电场中移动时，场对带电体做功— 量传递 用 E 、U 来分别描述静电场的上述两项性质
F3
r3
q0
F2 F1
1 qi q0 Fi = ri 3 4 π ε 0 ri
q0qi ri F = F + F2 +⋯+ Fn = ∑F = ∑ 1 i 3 πε0ri i=1 i=1 4
第一讲 电场强度
n
n
静电场， 1-3 静电场，电场强度 “场 1. “场”概念的建立和发展 17世纪： 17世纪： 世纪 英国牛顿： 英国牛顿： 力可以通过一无所有的空间以无穷 大速率传递， 大速率传递，关键是归纳力的数学形式而不必 探求其传递机制. 探求其传递机制. 法国笛卡尔：力靠充满空间的“以太” 法国笛卡尔：力靠充满空间的“以太”的涡旋运 动和弹性形变传递. 动和弹性形变传递.
第一讲 电场强度
的圆环上. 例2 正电荷 q 均匀分布在半径为 R 的圆环上. 的电场强度. 计算在环的轴线上任一点 P 的电场强度. 解
E = ∫ dE
由对称性有 E
= Exi
y dq = λdl
q R
o
r
q (λ = ) 2π R
x
P
x
z
第一讲 电场强度
1 λdl r dE = 2 4 πε0 r r
第一讲 电场强度
o
2 R 2
x
例3 均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度. 均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度. 有一半径为 R0 ,电荷均匀分布的薄圆盘,其电荷面 电荷均匀分布的薄圆盘, 密度为 σ . 求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点 处的电场强度. 处的电场强度. 由例１ 解 由例１
y
q ) dq = λdl (λ = 2π R
q R
o
r
1 λdl r dE = z 2 4 πε0 r r λdl x E = ∫ dE x = ∫ dE cosθ = ∫ ⋅ 2 l l 4πε 0r r 2π R qx xλ dl = =∫ 2 2 32 3 0 4π ε0 (x + R ) 4 π ε 0r
e = 1.602 × 10 −19 C
夸克
3 电荷守恒定律 （自然界的基本守恒定律之一） 自然界的基本守恒定律之一） 在孤立系统中,电荷的代数和保持不变. 孤立系统中,电荷的代数和保持不变. 系统中
+
第一讲 电场强度
γ
γ
+
电子对湮灭
电子对产生
1-2 两条基本实验定律
1. 库仑定律
库仑(1736 ~ 1806) 库仑( ) 法国工程师、 法国工程师、 物理学家。 物理学家。
第一讲 电场强度
2. 电场强度的定义
大小： 大小：单位正电荷受力
+ Q
+ q0
F
+ Q ：场源电荷 + q 0 ：试验电荷
F E = q0
方向： 方向：正电荷受力的方向 单位： 单位：N/C 、V/m
E的大小是否与 0的大小有关？ 的大小是否与q 的大小有关？ 的大小是否与
•线度足够地小:场点确定； 线度足够地小:场点确定； 线度足够地小 •电量充分地小:不至于使场 电量充分地小: 电量充分地小 源电荷重新分布。 源电荷重新分布。
世纪： 19 世纪： 英国麦克斯韦：建立电磁场方程， 英国麦克斯韦：建立电磁场方程，定量描述场 的性质和场运动规律. 的性质和场运动规律.
电荷
第一讲 电场强度
电场
电荷
20世纪： 20世纪： 世纪 爱因斯坦：相对论树立了“ 的实在地位。 爱因斯坦：相对论树立了“场”的实在地位。 质能关系揭示出实物与场不能截然划分。 质能关系揭示出实物与场不能截然划分。场本身参 与能量和动量交换，是物质存在的基本形式之一。 与能量和动量交换，是物质存在的基本形式之一。
P 1 dq r dE = 4 πε 0 r 2 r ρdV dq = σds λdl Ex = ∫ d E x •由 dE → E = dE 由 E y = ∫ d E y ⇒ E = Ex i + E y j + Ez k ∫
第一讲 电场强度
+++ + q +++ +++ ++
+ dq +++ +
第一讲 电场强度
−27
G = 6.67 × 10 −11 N ⋅ m 2 ⋅ kg − 2
Fe 39 = 2 . 27 × 10 Fg
不计. （微观领域中,万有引力比库仑力小得多,可忽略不计.） 微观领域中,万有引力比库仑力小得多, 忽略不计
2
电场力叠加原理
q1 q2 q3
r2
r1
两点电荷间相互作用力不 因其它电荷的存在而改变。 因其它电荷的存在而改变。 点电荷 qi 对q0 的作用力
在氢原子内, 例1 在氢原子内,电子和质子的间距为 5.3 × 10 −11 m . 求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小. 求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小. 解
me = 9.1× 10
−31
kg
e = 1.6 × 10
−19
C
mp = 1.67 × 10 kg 2 1 e −6 Fe = = 8.1×10 N 2 4π ε 0 r me mp Fg = G 2 = 3.7 ×10-47 N r
麦克斯韦方 程组 预言电磁波
光电 统一 赫兹实验
第一讲 电场强度
1-1 1 2
电荷的量子化及守恒定律
电荷有正负之分；同性相斥，异性相吸 电荷有正负之分；同性相斥，异性相吸. 电荷量子化: 电荷量子化:
q = ne
1 q = ± 3 e 2 q = ± e 3
( n = 1, 2 ,3, ⋯ )
1773年发表有关材料强度的论文， 1773年发表有关材料强度的论文，所提出 年发表有关材料强度的论文 的计算物体上应力和应变分布情况的方法 沿用到现在。 1777年开始研究静电和磁 沿用到现在。 1777年开始研究静电和磁 力问题，发明扭秤。 1779年对摩擦力进 力问题，发明扭秤。 1779年对摩擦力进 行分析，提出有关润滑剂的科学理论。 行分析，提出有关润滑剂的科学理论。 1785-1789年 1785-1789年，用扭秤测量静电力和磁力 提出著名的库仑定律。 ，提出著名的库仑定律。
第一讲 电场强度
q
p = qL
r >> L
E=
p 2πε0r 3
2.中垂面上 2.中垂面上 B 的场强
−q
L
+q
o
r
q r+ q r− E = E+ + E− = + (− ) 3 3 4πε0r+ 4πε0 r−