大學(xué)物理第5章靜電場(chǎng)-wenkub
2023-01-28 19:38:12 本頁(yè)面
【正文】 ??2s indadx ?????? dadE x c os40??????? dadE y s i n40?18 ???? ???dadEE xx c os421 0???? ? ?120s i ns i n4 ???? ? ?? a?? ?? 21 s i n40??????? dadEEL yy)c os(c os 2104????? ?? a討論： ?當(dāng)直線長(zhǎng)度 L→∞ ，或 a→0, 則 ?1→0 ， ?2→ ? 0?xE? jaE y??02 ????E?r jrE??02 ?????當(dāng) ?異號(hào)時(shí)， E方向相反 19 六、帶電體在外電場(chǎng)中所受的作用 EqF ?? ??? dqEF ??討論：如圖已知 ?q、 d、 S 求兩板間的所用力 q? q?d Sqqf020 22 ??? ??2024 dqf???20 電偶極子在外電場(chǎng)中受的力和力矩 qEF ???qEF ???q?E?q??o0??? ?? FFF???合 力 ??? s i ns i n2s i n2 q l ElFlFM ??? ??合力矩 EpM ??? ??力矩總是使電矩 轉(zhuǎn)向 的方向，以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài) p? E?可見(jiàn)： 力矩最大； 力矩最小。 場(chǎng)是物質(zhì)存在的形式 靜止的點(diǎn)電荷周圍存在著一種特殊的物質(zhì) ,稱為 靜電場(chǎng) 。 這是 物理學(xué)中一條普遍規(guī)律 ! 1. 電荷守恒定律 電荷量子化是實(shí)驗(yàn)結(jié)果 4 1906— 1917年，密立根最早從實(shí)驗(yàn)上證明 電荷量子： e, q=Ne N=…… 1986年推薦值： e = ?1019 C 3. 相對(duì)論不變性 實(shí)驗(yàn)還表明：一個(gè)電荷的電量與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān) . 例如： H2 分子和 He原子 —— 其中兩個(gè)質(zhì)子運(yùn)動(dòng)狀況相差很大， 但氫氣、氦氣均不帶電！ 5 二、庫(kù)侖定律 1785年，庫(kù)侖通過(guò)扭稱實(shí)驗(yàn)得到 : 真空中的庫(kù)侖定律 r?1q 2q 21F?施力 受力 0r?12F?02211221 rrqqkFF ??? ???SI位制中： q — 庫(kù)侖 (C) , F — 牛頓 (N) , r — 米 (m) 實(shí)驗(yàn)給出： k = ?10 9 N 電容 電容器 ? 167。 電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度 ? 167。 電通量 高斯定理 ? 167。 電場(chǎng)的能量 2 靜電場(chǎng) : 相對(duì)于觀察者靜止的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng) 一個(gè)實(shí)驗(yàn)規(guī)律： 庫(kù)侖定律； 兩個(gè)物理量： 電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)； 兩個(gè)定理： 高斯定理、環(huán)路定理 導(dǎo)體和電介質(zhì) : 都通過(guò)其電荷和外電場(chǎng)的相互作用而改變電荷分布及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種改變又對(duì)電場(chǎng)產(chǎn)生影響。m2/C2 041???k真空中介電常數(shù)： ?0 = 1012 C2 電場(chǎng)的基本性質(zhì) ① 對(duì)放在其內(nèi)的任何電荷都有作用力 ② 電場(chǎng)力對(duì)移動(dòng)的電荷作功 8 分布場(chǎng) 從“力”的角度描述場(chǎng)中各點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)弱 試驗(yàn)電荷 : 小電量，正點(diǎn)電荷，用 q0表示。 Ep ?? ? Ep ?? //21 167。 （ 2）任意兩條電力線不相交。米 (V 27 場(chǎng)源為點(diǎn)電荷 q (1) q位于閉合球面 S的中心 + E?ndS?q ? ?? Se SdE ???? ?? S Sdrrq ??0204 ???? SdSrq 204 ?? 022044 ???? qrrq ????點(diǎn)電荷的電通量與球面的半徑無(wú)關(guān)。 29 場(chǎng)源電荷為點(diǎn)電荷系 (或電荷連續(xù)分布的帶電體 ) (4) 任意 點(diǎn)電荷 系統(tǒng) ???niiEE1??S s?dqi iE?qj jE?E??? ??jjii EEE???（ S外） （ S內(nèi)） ? ?? S SdEe ??? SdEESjjii???? ?? ??? )(? ?? ? ???? SjjSii sEsE )d(d)(????? ? ?? ????i j SjS i sEsE???? dd 00?? ?iiq?30 0SSdE ??? ?? 內(nèi)q???? ?? VS sE 0????任意連續(xù)電荷分布 說(shuō)明： (1) ?e只 由 S內(nèi)的 ∑q內(nèi) 值決定，與 q內(nèi) 分布無(wú)關(guān) 。 31 表明電力線從正電荷發(fā)出，穿出閉合曲面 ,所以 正電荷是靜電場(chǎng)的源頭。 已知 R、 q0 E?R 解 : 對(duì)稱性分析 E? 具有球?qū)ΨQ r 作高斯面 —— 球面 rR 電通量 ? ?? SdEe ?? 1?211 41rEdSEs??? ?電量 ? ? 0iq用高斯定理求解 04 21 ?rE ? 01 ?? E36 r R E?R r 2222 42rESdESdEse ?? ???? ? ????? ? qqi022 4 ??qrE ?202 4 rqE???204 Rq??E 0 21r?R 37 例 : 均勻帶電球體的電場(chǎng)。 說(shuō)明 : 流 定理說(shuō)明靜電場(chǎng)為保守場(chǎng) 說(shuō)明 靜電場(chǎng)為有源場(chǎng) ,環(huán)流定理說(shuō)明 靜電場(chǎng)為 無(wú)旋場(chǎng) (靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不能閉合 ) 。 (3) 電勢(shì)零點(diǎn)的選擇。 r＜ R時(shí) 有人說(shuō) : 因 E內(nèi) = 0 , 所以 U內(nèi) = 0. 對(duì)不對(duì)？ ?? ? ???? RRra ldldU ???? EE ????? Rrq |40 ??Rq??? ??均勻帶電球面的內(nèi)部空間是等電勢(shì)空間。 靜電場(chǎng)中的孤立帶電體導(dǎo)體上電荷面密度的大小與該處 表面的曲率 有關(guān)。 雷擊大廈 60 二、 導(dǎo)體殼與靜電屏蔽 1. 腔內(nèi)無(wú)帶電體的情況 在導(dǎo)體中包圍空腔選取 高斯面 S ?外 可不為零 ,但 空腔內(nèi) E內(nèi) = 0 內(nèi)表面 ?內(nèi) = 0 0d ???S sE ?? 導(dǎo)內(nèi) 0??iiq0d ???內(nèi)內(nèi)S s??? 若 ?內(nèi) ? 0，則 ?內(nèi) 必有正負(fù) , E 線從正電荷到負(fù)電荷與導(dǎo)體靜電平衡矛盾 (與導(dǎo)體為等勢(shì)體矛盾 ) 只能 ?內(nèi) = 0，且腔內(nèi)無(wú) E線 ,只能 E內(nèi) = 0 。 接地空腔導(dǎo)體也可保護(hù)腔外空間不受腔內(nèi)的電場(chǎng)的影響 63 如
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