电场和电场强度ppt课件.ppt
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1、第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学一、电场一、电场 库仑定律给出了两个静止点电荷间的相互作库仑定律给出了两个静止点电荷间的相互作用力,但没有说明作用是通过什么途径发生的。用力,但没有说明作用是通过什么途径发生的。1历史上围绕电力的传递问题有过长期的争论,一历史上围绕电力的传递问题有过长期的争论,一种观点是超距作用;另一种观点是近距作用。近种观点是超距作用;另一种观点是近距作用。近代物理发展已证明近距作用的观点才是正确的。代物理发展已证明近距作用的观点才是正确的。 电荷与电荷之间存在相互作用是通过电荷在其电荷与电荷之间存在相互作
2、用是通过电荷在其周围产生的电场来实现的。周围产生的电场来实现的。任何电荷的周围都存在任何电荷的周围都存在一种特殊的物质,这种物质叫电场。一种特殊的物质,这种物质叫电场。第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学2 电场的基本特性是对处在场中的电荷有力的作电场的基本特性是对处在场中的电荷有力的作用。现代科学和技术的发展充分证明电场的存在。用。现代科学和技术的发展充分证明电场的存在。电电 荷荷电电 场场电电 荷荷物物 质质实物实物场场第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学二、
3、电场强度二、电场强度试探电荷试探电荷(检验电荷)必须满足的(检验电荷)必须满足的两个条件:两个条件:2 2 所带电量所带电量q0要足够小,以不至于影响原来的电场要足够小,以不至于影响原来的电场分布。分布。为叙述方便,在下面讨论中均用正电荷作试探电荷。为叙述方便,在下面讨论中均用正电荷作试探电荷。 点电荷点电荷 电荷足够小电荷足够小试探电荷与点电荷有何不同?试探电荷与点电荷有何不同?思考思考31 1 其线度要足够小,以至于所得的结果能精确反其线度要足够小,以至于所得的结果能精确反映电场各映电场各“点点”的性质。的性质。第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电
4、场和电场强度电磁学电磁学 在在SI中,场强单位:牛中,场强单位:牛/ /库库(NC-1)电场中某一点的电场强度电场中某一点的电场强度q0AFAq0BBF40qFE在电场某点处,场强的大小等于单位正电荷在该点在电场某点处,场强的大小等于单位正电荷在该点所受的电场力的大小,场强的方向与该单位正电荷所受的电场力的大小,场强的方向与该单位正电荷在该点处所受电场力的方向相同。在该点处所受电场力的方向相同。第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学5),(zyxEE 一般来讲,空间不同点的场强的大小和方向一般来讲,空间不同点的场强的大小和方向都是
5、不同的,即电场强度是空间位置的函数,都是不同的,即电场强度是空间位置的函数, 电场是矢量场,若空间各点场强的大小和方向电场是矢量场,若空间各点场强的大小和方向都相同,则称为均匀电场或匀强电场。都相同,则称为均匀电场或匀强电场。第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学方方向向相相同同与与则则EFq, 0方方向向相相反反与与则则EFq, 0 电场的基本特性是对场中的电荷有力的作用,电场的基本特性是对场中的电荷有力的作用,若将电量为若将电量为q的点电荷置于场强为的点电荷置于场强为 的某点,则的某点,则该点电荷所受的电场力为:该点电荷所受的
6、电场力为:Q 场源电荷场源电荷F点电荷点电荷q6EqFE第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学场点场点源点源点FE+ErErr0q1 1 点电荷的电场点电荷的电场三、点电荷与点电荷系的场强三、点电荷与点电荷系的场强7rerqqF200410qFErerq 2041q第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学+真空中点电荷场强分布真空中点电荷场强分布8rerqE2041第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学结论
7、结论: 点电荷电场中某点的场强点电荷电场中某点的场强 的大小与场源电荷的大小与场源电荷所带的电量所带的电量 成正比,与该点到场源电荷的距离的成正比,与该点到场源电荷的距离的平方成反比;场强平方成反比;场强 的方向沿该点与场源电荷所在的方向沿该点与场源电荷所在点的连线。点的连线。 为正时,为正时, 与与 方向相同方向相同, ,背离背离 ; 为负时,为负时, 与与 方向相反,方向相反, 指向指向 。EEEEErereqqqqq9 点电荷的场是球对称的非均匀电场,位于场点电荷的场是球对称的非均匀电场,位于场源电荷源电荷 所在点为球心的同一球面上的各点,场所在点为球心的同一球面上的各点,场强的大小是相
8、同的,但各点场强方向不同,分别强的大小是相同的,但各点场强方向不同,分别沿各点所在的球径。沿各点所在的球径。q第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学nFFFF210qFE021qFFFnnEEE21niiF1设真空中存在几个电荷设真空中存在几个电荷 ,nqqq,21对对的作用的作用iFiq0q2 2 场强叠加原理和点电荷系的电场场强叠加原理和点电荷系的电场1F2F3F1r1e2r2e3e3r0q1q2q3qP10第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学1q2q3q1E2
9、E3E1r1e2r2e3e3r0qPiiiiiierqEE2041 点电荷系在空间任意一点所激发的总场强等于点电荷系在空间任意一点所激发的总场强等于各个点电荷单独存在时对该点所激发的场强的矢量各个点电荷单独存在时对该点所激发的场强的矢量和和, ,这就是场强叠加原理。这就是场强叠加原理。11第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学例例2 2(例例1.3-1 1.3-1 )求电偶极子中垂线上的电场)求电偶极子中垂线上的电场电偶极矩(电矩)电偶极矩(电矩)+pl电矩是矢量,方向由负电荷沿偶极子轴线指向正电矩是矢量,方向由负电荷沿偶极子轴线
10、指向正电荷。电荷。解解 有两个大小相等的点电荷有两个大小相等的点电荷 +q 和和 -q ,当两者之间,当两者之间的距离比考察的场点到它们的距离小得多时,此的距离比考察的场点到它们的距离小得多时,此系统称为电偶极子。系统称为电偶极子。12l qp第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学13 EE) 4/(41220lrqP+qq2/ l2/ lEEEcos2 EEr2/122)4/(2/coslrl2/122)4/(2/lrl)4/(412220lrqE第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和
11、电场强度电磁学电磁学2/3220)4/(41lrqlE用矢量形式表示为:用矢量形式表示为:23220)4/(41lrpE143rpE041 电偶极子的场强不是决定于电偶极子的场强不是决定于 ,而是决定于,而是决定于 。这表明电偶极矩是表征电偶极子属性的一个重要物这表明电偶极矩是表征电偶极子属性的一个重要物理量。而且当距离很大时,电偶极子的场强以理量。而且当距离很大时,电偶极子的场强以 衰衰减,比点电荷的场强衰减迅速得多。减,比点电荷的场强衰减迅速得多。q若若lr 3rP第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学 在均匀外电场中,电偶极
12、子所受的合力为零,在均匀外电场中,电偶极子所受的合力为零,电偶极子在电场中所受的力矩为电偶极子在电场中所受的力矩为sinflM sinqElsinpE+Elffp 电偶极子是一个重要的物理模型,在研究电介电偶极子是一个重要的物理模型,在研究电介质的极化、电磁波的发射和吸收等问题时,都要用质的极化、电磁波的发射和吸收等问题时,都要用到这个模型。到这个模型。15EpM第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学电荷面分布电荷面分布电荷体分布电荷体分布电荷线分布电荷线分布lqddSqddVqdddSdVdl把带电体看成是许多极小的连续分布的电
13、荷元把带电体看成是许多极小的连续分布的电荷元 组成。组成。qd16四、连续分布电荷的电场四、连续分布电荷的电场第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学17rerqE20d41drerqEE20d41d 每一个电荷元每一个电荷元 都当作点电荷来处理,而都当作点电荷来处理,而电荷元电荷元 在在 点所激发的场强,按点电荷的场点所激发的场强,按点电荷的场强公式强公式Pqdqd 根据场强叠加原理根据场强叠加原理, ,整个带电体在整个带电体在 点激发的点激发的场强为场强为PPqd+Edrre第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3
14、1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学18 计算时将上式在坐标系中进行分解,再对坐计算时将上式在坐标系中进行分解,再对坐标分量积分。标分量积分。kEjEiEEzyxzzyyxxEEEEEEdddrerqE20d41第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学 例例3 3 ( (例例1.3-2)1.3-2)求一均匀带电直线在求一均匀带电直线在P点的电场。点的电场。RP第一章第一章 静电学的基本规律静电学的基本规律1.3 1.3 电场和电场强度电场和电场强度电磁学电磁学 解解 建立直角坐标系建立直角坐标系20d41drxEcosd
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