1、第9章 靜電場及其應用1. 靜電場 相對于觀察者(慣性系)為靜止的電荷產生的電場.2. 描述電場的兩個重要物理量 電場強度：是空間位置的函數(矢量點函數) 電勢(位)：是空間位置的函數(標量點函數)3. 描述靜電場性質的基本規(guī)律 場強疊加原理： 場具有疊加性 高斯定理： 靜電場是有源場(有源性) 環(huán)路定理： 靜電場是有勢場(有勢性)一、電荷電荷是物質的一種屬性,不存在不依附于物質的“單獨電荷”.用絲綢或毛皮摩擦過的玻璃棒、硬橡膠棒、石英等都能吸引其他輕小物體,這表明它們在摩擦后進入一種特別的狀態(tài).處于這種狀態(tài)的物體叫做帶電體,并說它們帶有電荷.自然界中的電荷只有兩種：正電荷、負電荷為何會帶電？

2、由物質的組成（結構）得到解釋.1電荷是物質的一種基本屬性注意（2）量子性 一切物體所帶的電荷都是分立的,是以一個一個不連續(xù)的量值出現的,這種現象叫做電荷的量子化. 物體所帶電荷都是基元電荷的整數倍.基元電荷就是一個電子所帶的電荷,用e表示,且e的值為 基元電荷太小,宏觀帶電物體所帶基元電荷的數目非常巨大,故在經典電磁學范圍內,不考慮電荷的量子化,而把宏觀帶電物體所帶電荷視為連續(xù)分布.（1）對偶性：是物質對稱性的一種表現形式.e =1.6021019庫侖 2電荷的基本性質密立根油滴實驗儀器油滴實驗裝置示意圖密立根油滴實驗：（1913年）獲1923年諾貝爾物理學獎 同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸

3、引.當異種電荷在一起時,它們的效應有互相抵消的作用.正負電荷完全抵消的狀態(tài)叫中和.（4）電荷守恒定律 電荷既不能產生,也不能消失,只是由一個物體轉移到另一個物體,或者從物體的這一部分轉移到另一部分.或表述為：在一個與外界沒有電荷交換的系統內,正負電荷的代數和在任何物理過程中始終保持不變.（3）電荷之間有相互作用摩擦起電：是電荷從一個物體轉移到另一個物體.（5）電荷的運動不變性 大量實驗表明,電荷的電荷量與其運動狀態(tài)無關,具有相對論不變性.例如加速器對電子或質子加速時,隨著粒子速度的變化,它們的質量會有明顯變化,但其電荷量沒有任何變化的痕跡 .感應起電：將中性物體上的正、負電荷分開.2、物質的電

4、結構理論（說明物體帶電的原因） （質子數和核外電子數相等） 在某種外因作用下,比如摩擦,使得物體或物體的一部分上的電子數多于質子數,這時物體帶負電,反之,物體帶正電. 物質的電結構不同將呈現不同的導電性能,根據導電性能的不同可把物體分成三種.3、導體、半導體、絕緣體（電介質） （1）導體 允許電荷通過的物體. 金屬 電解液 被電離的氣體 （2）絕緣體（電介質） 不允許電荷通過的物體. 絕緣體中的電子為束縛電荷,導電性極差.但絕緣體不是絕對的,在強大的外界電力作用下,絕緣體中的束縛電子可能擺脫束縛變?yōu)樽杂呻娮?從而絕緣體變成導體,這稱為電介質的擊穿.如：未被電離的干燥氣體是絕緣體,被電離后便成導

5、體.（3）半導體 導電性介于導體與絕緣體之間的物體. 半導體中參與導電的載流子為自由電子和帶正電的“空穴”. 半導體是一種非常特殊的材料,在近代電子技術中起著重要作用,這主要是因為半導體有幾種特殊效應 . 摻雜效應：摻入少量雜質,可以大大改變半導體的導電性能. 熱敏效應：溫度升高導電性能迅速變化,做成熱敏電阻,可作溫度計等. 光敏效應：光照使導電性顯著增加,做成光敏電阻,作為光電自動控制元件. 二、庫侖定律1點電荷模型 “點電荷”實際上是一個帶電體,若帶電體的線度比帶電體之間的距離小得多時,它們之間的作用力只取決于它們的電荷量和距離,而與其他因素無關.滿足此條件的帶電體叫做點帶電體,簡稱“點電

6、荷”. 帶電體能否被看作點電荷,不僅取決于帶電體本身的大小,而且取決于它們之間的距離.2庫侖定律ABP （1）定義：真空中兩個靜止的點電荷間的靜電力服從的規(guī)律叫庫侖定律. （2）內容及數字表達式 （a）兩個點電荷間的靜電力大小相等而方向相反,并且沿著它們的聯線；同號電荷相斥,異號電荷相吸； （b）靜電力的大小與各自的電荷q1及q2成正比,與距離r的平方成反比,即 其中k是比例常數,依賴于式中各量單位的選取 .（1-1） （c）電荷的單位 電磁學中最常用的單位制有高斯制和國際制. 高斯制 基本量為：長度、質量、時間基本單位為：厘米、克、秒 電荷的單位：靜庫（即電荷的單位為基本單位） 靜庫是通過令

7、式（1-1）中的k=1而定義的 當q1=q2=1及r=1時,且規(guī)定k=1,由上式F=1. 即： 當兩個電荷相等的點電荷相距1厘米,而它們之間的電性力為1達因時,這兩個點電荷的電荷均為1靜庫. k=1時,（1-4） 基本量為：長度、質量、時間、電流強度 基本單位為：米、千克、秒、安培 （1）在國際單位制中,電荷的單位是庫侖,庫侖的定義為 如果導線中載有1安培的穩(wěn)恒（恒定）電流,則在1秒內通過導線橫截面的電荷定義為1庫侖,即1庫侖=1安培1秒 （2） 庫侖定律中各量的單位已選定, 所以k 只能由實驗測出.大量實驗測得k=9109牛頓米2/庫侖2 國際制（MKSA制） 在國際單位制有理制中引入新的恒

8、量來代替k, 表示為=8.91012庫侖2/牛頓米2 稱為真空中的介電常數（量）,其含義見第三章. 因此在國際單位制中,庫侖定律表述為 （1-5） 庫侖定律的矢量形式矢量的表示（本書中矢量的表示法）推廣 （a）同號電荷（斥力）F12F21q1q2e12e21（b）異號電荷（吸引）q2q1F21F12e12e21 ：真空電容率（介電常數）庫侖力遵守牛頓第三定律.3力的疊加原理 當空間有兩個以上的點電荷時,作用于每一個電荷上的總靜電力等于其他點電荷單獨存在時作用于該電荷的靜電力的矢量和,這就叫做疊加原理. 設有電荷 qa 和另外 N 個電荷 q1 、 q2、 qN ,所有 N 個電荷 qi 對 q

9、a 的作用力的合力由下式確定 設 ：為q1指向q2的單位矢量4庫侖定律成立的條件和適用范圍式中 Fai 是電荷 qi 在其余 N 1 個電荷不存在時作用于 qa 上的力. 真空中靜止的點電荷.可以推廣到一個靜止的源電荷對運動電荷的作用,但不能推廣到運動的源電荷對靜止電荷或運動電荷的作用. 庫侖定律在1013厘米到109厘米的巨大范圍內是可靠的. （1）相同點有心力,長程力；在形式上都服從距離平方反比關系和源量乘積的正比關系； （2）不同點靜電力有引力有斥力,而萬有引力只有引力,沒有斥力. 兩種力的作用強度不同,電磁作用遠遠大于萬有引力的強度.5、庫侖定律和萬有引力定律的主要異同例 某電荷Q、分成q和Qq 兩部分,并將兩部分離開一定的距離,則它們之間的庫侖力為最大時的條件為： （A）q=Q/2 （B）q=Q/4 （C）q=Q/8 （D）q=Q/16解答：（A） 【例題9-1】計算氫原子內電子和原子核之間的靜電作用力和萬有引力,并比較兩者大小. 已知：距離 r =0.5291010米,電子質量m=9.111031千克,氫原子核質量M=1.671027千克,電子和原子核所帶電量q1