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第8章 静电场 * 第8章 静电场 电 磁 学 电磁现象的基本概念和基本规律 研究对象： 静电场 稳恒磁场 变化的电场产生的磁场 变化的磁场产生的电场 研究内容： 电荷、电流产生电场、磁场的规律； 电磁场对电荷、电流的作用； 电磁场对物质的各种效应； 电场和磁场的相互联系。 * 第8章 静电场 第八章 静电场 §8.1 电荷 库仑定律 §8.2 静电场 电场强度 §8.3 电通量 高斯定理 §8.4 静电场的环流定理 电势能 §8.5 电势 电势差 §8.6 等势面 电场强度和电势的关系 §8.7 静电场中的导体 §8.8 电场的能量 §8.9 静电场中的电介质 * 第8章 静电场 一、电荷 §8.1 电荷 库仑定律 1、电荷的种类：正电荷和负电荷 2、电量q：电荷的多少或参与电磁相互作用的强弱。 单位：C（库仑） 3、电荷的量子性：任何电荷的电量总是电子电量的正负 整数倍。 4、电荷守恒：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。 * 第8章 静电场 在真空中， 两个静止点电荷q1及q2之间的相互作用力的大小和q1与q2的乘积成正比，和它们之间距离r的平方成反比；作用力的方向沿着它们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。 二、库仑定律 ( Coulomb Law) 1785年，库仑通过扭秤实验得到。 1、表述： 2、库仑定律的数学表达式： q1 q2 或： * 第8章 静电场 点电荷：只带电荷而没有形状和大小的物体。 电学中的理想化模型（相对性） 物理上——带电体的几何线度<<带电体间距或远离带电体 数学上——在空间只占据一个点的位置 3、讨论： 库仑定律只适合于真空中的点电荷相互作用。 比例系数k可以表示为： 这里ε0称为真空中的介电常数。 实验发现：在10-15米至107米范围内库仑定律都成立。 库仑力遵守牛顿第三定律。 * 第8章 静电场 4、静电力的叠加原理： 作用于某电荷上的总静电力等于其他点电荷单独存在时作用于该电荷的静电力的矢量和。 电荷连续分布的带电体： 库仑力满足力的独立性原理（叠加原理） * 第8章 静电场 §8.2 电场 电场强度 实验证实了两静止电荷间存在相互作用的静电力， 但其相互作用是怎样实现的？ 电 荷 电 场 电 荷 场是一种特殊形态的物质，具有能量、质量、动量。 实物 物 质 场 一、电场 静电场——相对于观察者静止且电量不随时间变化的电荷 产生的电场。 电场对场中电荷施以电场力作用。 电场可以脱离电荷而独立存在，在空间具可叠加性。 带电体在电场中移动，电场力要对它做功。 ——引入 ——引入 * 第8章 静电场 二、电场强度 (electric field strength) 电场强度： 场源 电荷 试验 电荷 描述电场的物理量之一，反映力的作用。 1. 定义： 大小：单位正电荷在场中某点所受的电场力。 方向：单位正电荷在该点所受电场力的方向。 单位：牛顿/库仑（N/C） 或伏特/米（V/m）。 引入试验电荷 —— 点电荷 （电量足够小，不影响原电场分布; 线度足够小，只占空间点的位置。） * 第8章 静电场 1) 由 是否能说， 与 成正比，与 成反比？ 2. 讨论： 2)电场强度 是空间位置的单值函数 q在P点所受电场力 Q在P点的电场强度，不包括q的电场 3) 从 可以求出电量为q的点电荷在Q的电场中P点所受的电场力。 * 第8章 静电场 三、电场强度叠加原理 所受合力 点电荷 对 的作用力 故 处总电场强度 电场强度的叠加原理 点电荷系在某点产生的场强，等于各点电荷单独存在时在该点分别产生的场强的矢量和。 ——场强叠加原理 不同来源的场可以同时占据同一空间，各自独立的发生作用而不互相干扰 * 第8章 静电场 1. 点电荷电场——源电荷：点电荷 +q -q 四、电场强度的计算 所受场的电场力为： 由电场强度定义： 结论： 1) 非均匀、球对称、辐射状电场 点电荷电场是求任意带电体电 场的基础。 是从源点 场点的位置矢径 * 第8章 静电场 2