5-2 库仑定律
合集下载
大学物理课件第五章静电场65页PPT
结论： 电场中各处的力 学性质不同。
2、在电场的同一点上放 不同的试验电荷
结论： F 恒矢量
q0
F3
q3
F1
q1
Q
q2
F2
电场强度定义：
E
F
qo
单位：N·C-1
1. 电场强度的大小为F/q0 。
2. 电场强度的方向为正电荷在该处所受电场 力的方向。
FqE
➢ 电场强度的计算
1．点电荷电场中的电场强度
n
Fi
E i1 q0
n Fi q i 1 0
n
Ei i1
q1 r0 1
F02r02q2 F
q0
F01
若干个静止的点电荷q1、q2、……qn，同时存在时的
场强为
n
E Ei
i 1
i
qi
4 π ori2
eˆri
3．连续分布电荷电场中的电场强度
将带电体分成许多无限小电荷元 dq ,先求出它在任意
目录
第五章 第六章 第七章 第八章
静电场 静电场中的导体和电介质 恒定磁场 变化的电磁场
第五章 静电场
5-1 电荷 库仑定律 5-2 电场 电场强度 5-3 高斯定理及应用 5-4 静电场中的环路定理 电势 5-5 等势面 电势梯度
5-1 电荷 库仑定律
➢ 电荷 带电现象：物体经摩擦 后对轻微物体有吸引作 用的现象。 两种电荷： • 硬橡胶棒与毛皮摩擦后 所带的电荷为负电荷。
Qi c
电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程( 例如 核反应和基本粒子过程 )，是物理学中普遍的基本定
律之一。
➢ 库仑定律
库仑定律描述真空中两个静止的 点电荷之间的相互 作用力。
2、在电场的同一点上放 不同的试验电荷
结论： F 恒矢量
q0
F3
q3
F1
q1
Q
q2
F2
电场强度定义：
E
F
qo
单位：N·C-1
1. 电场强度的大小为F/q0 。
2. 电场强度的方向为正电荷在该处所受电场 力的方向。
FqE
➢ 电场强度的计算
1．点电荷电场中的电场强度
n
Fi
E i1 q0
n Fi q i 1 0
n
Ei i1
q1 r0 1
F02r02q2 F
q0
F01
若干个静止的点电荷q1、q2、……qn，同时存在时的
场强为
n
E Ei
i 1
i
qi
4 π ori2
eˆri
3．连续分布电荷电场中的电场强度
将带电体分成许多无限小电荷元 dq ,先求出它在任意
目录
第五章 第六章 第七章 第八章
静电场 静电场中的导体和电介质 恒定磁场 变化的电磁场
第五章 静电场
5-1 电荷 库仑定律 5-2 电场 电场强度 5-3 高斯定理及应用 5-4 静电场中的环路定理 电势 5-5 等势面 电势梯度
5-1 电荷 库仑定律
➢ 电荷 带电现象：物体经摩擦 后对轻微物体有吸引作 用的现象。 两种电荷： • 硬橡胶棒与毛皮摩擦后 所带的电荷为负电荷。
Qi c
电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程( 例如 核反应和基本粒子过程 )，是物理学中普遍的基本定
律之一。
➢ 库仑定律
库仑定律描述真空中两个静止的 点电荷之间的相互 作用力。
5-1库仑定律
第五章 静电场
5－1 库仑定律
F
k
q1q2 r2
er
k 8.987 551109 N m2 C2
令
1 k
4π 0
（ 0 为真空电容率）
0
1 4π k
8.85421012 C2
N1 m2
库仑定律
F
q1q2
4π0r 2
er
第五章 静电场
（自然界的基本守恒定律之一）
第五章 静电场
5－1 库仑定律 三、 库仑定律
点电荷:若带电体的形状和大小在所讨论的 问题中可以忽略,就可以把带电体看成点电荷.
er
Q
Q er
q0
F
F q0
F
k
q1q2 r2
er
真空中的库仑定律:在真空中,两个静止的点电 荷之间的相互作用力,其大小与它们的电荷量的乘积 成正比、与它们之间的距离的平方成反比;其方向沿 着两点电荷的连线,同号电荷相斥,异号电荷相吸.
5－1 库仑定律
一、电荷的量子化 基本性质 1 电荷有正负之分；
Байду номын сангаас2 电荷量子化； 元电荷
e 1.6021019 C
q ne (n 1, 2,3, )
3 同性相斥，异性相吸.
二、电荷守恒定律
电荷守恒定律：在一个与外界没有电荷交换的 系统中,不论发生什么过程,系统内正负电荷的代数 和保持不变。
5－1 库仑定律
F
k
q1q2 r2
er
k 8.987 551109 N m2 C2
令
1 k
4π 0
（ 0 为真空电容率）
0
1 4π k
8.85421012 C2
N1 m2
库仑定律
F
q1q2
4π0r 2
er
第五章 静电场
（自然界的基本守恒定律之一）
第五章 静电场
5－1 库仑定律 三、 库仑定律
点电荷:若带电体的形状和大小在所讨论的 问题中可以忽略,就可以把带电体看成点电荷.
er
Q
Q er
q0
F
F q0
F
k
q1q2 r2
er
真空中的库仑定律:在真空中,两个静止的点电 荷之间的相互作用力,其大小与它们的电荷量的乘积 成正比、与它们之间的距离的平方成反比;其方向沿 着两点电荷的连线,同号电荷相斥,异号电荷相吸.
5－1 库仑定律
一、电荷的量子化 基本性质 1 电荷有正负之分；
Байду номын сангаас2 电荷量子化； 元电荷
e 1.6021019 C
q ne (n 1, 2,3, )
3 同性相斥，异性相吸.
二、电荷守恒定律
电荷守恒定律：在一个与外界没有电荷交换的 系统中,不论发生什么过程,系统内正负电荷的代数 和保持不变。
库仑定律知识点
库仑定律知识点：1、k = 9.0×10^9 Nm²/ C²2、库仑扭称实验用到的实验方法：微量放大、控制变量3、库仑定律计算时：力的大小与电性无关，所以把电荷的绝对值带入公式计算，电性只决定库仑力的方向。
4、球体带电体计算时，距离应该远大于球体半径。
5、多个库仑力同时存在时，要使用平行四边形定则。
典型例题：（1）多个电荷共存时库仑力的计算如图甲所示，在A、B两点分别放置点电荷Q1=+2×10-14C和Q2=-2×10-14C，在AB的垂直平分线上有一点C，且AB=AC=BC=6×10-2m．如果有一个电子静止在C点，它所受的库仑力的大小和方向如何？（2）割补法求非点电荷间的库仑力一个半径为R的绝缘球壳上均匀地带有电量为+Q的电荷,另一电量为+q的点电荷放在球心O上,由于对称性,点电荷受力为零,现在球壳上挖去半径为r(r<<R)的一个小圆孔,则此时置于球心的点电荷所受力的大小为_____________(已知静电力恒量k),方向______________.（3）库仑定律与电荷守恒定律的结合题（4）带电体在库仑力作用下的平衡问题真空中，在光滑的水平面上，有两个点电荷A和B,电荷量分别为+Q和+4Q，他们之间距离为L。
在何处放一个什么样的点电荷C可使c保持静止？A,B两个点电荷,相距40cm,电荷量分别为Q1和Q2,且Q1=9Q2,都是正电荷,若在AB连线上引入点电荷C,使A,B,C三个电荷都恰好处于平衡状态.试问：点电荷C是什么电荷应放在放在什么地方?（列方程组）（5）库仑定律与力学的结合问题此类型题偏难，暂时不讲。
练习题：1、两个半径为R的带电球所带电荷量分别为q1和q2，当两球心相距3R时，相互作用的静电力大小为A．B．C． D．无法确定如图，光滑平面上固定金属小球A，用长L0的绝缘弹簧将A与另一个金属小球B连接，让它们带上等量同种电荷，弹簧伸长量为x1，若两球电量各漏掉一半，弹簧伸长量变为x2，则有（）Q1e（2）因为电荷均匀分布，所以可知小圆孔带电量为，假设不挖去小孔，则电荷受力平衡，合外力为零，现在挖去小孔，则点电荷受力大小，根据库仑定律可得，，方向由球心指向小孔中心故答案为：,由球心指向小孔中心（3）A/C练习题：1，当没有远大于半径时，不能看成点电荷，如果同种电荷距离大于3R，异种电荷距离小于3R电场强度1、静止电荷产生的电场叫静电场。
东南大学大学物理课件5-1
例6 . 一半径为 R 的均匀带电半球面。其面电荷密度 为 ，求该半球面球心处的电场强度大小。 解：今取一半径为 r ，宽度为 Rd 的带电细圆环 hdq dE h R cos 3 4 0R
r
h d o
dq 2 r ( Rd ) 2 ( R sin )( Rd )
e12
r12
§5–3 电场强度
一 电场 库仑定律给出了两个点电荷相互作用的定量关系 问题：相互作用是如何传递的？超距作用？近距？ 电场： 一种特殊物质。 静电场： 静止电荷所产生的电场。 电场的两个重要性质： 力学性质：电荷在电场中要受到电场力的作用。 — 引出电场强度 能量性质：电场力对电荷有作功的本领。 —引出电势
一 库仑定律的表述： (1785 法国 库仑) 真空中两个静止点电荷相互作用力F的大小与 这两个点电荷所带电量q1和q2的乘积成正比，与它 们之间的距离r的平方成反比。作用力F的方向沿 它们的连线方向，同号相斥，异号相吸。 F21 q2 二 库仑定律的矢量表达式
1 q1q2 r q1 q2 12 F21 e e12 12 2 r12 r 4 r 12 o 12 q1 e12 F21 1 k k≈ 9.0×109 N· m2 · C-2 F12 F21 4 o -12 （ N-1 · -2· 2 或 F. m -1) =8.85 10 m C 为真空电容率 o o
q
x
∵
y﹥﹥ro
∴
qr 0 EB 3 4 oy
p EB 3 4 oy
例2.电荷q均匀地分布在一半径为R的圆环上。计算 在圆环的轴线上任一给定点P的场强。
解： d E 1 dq e r 2 4 0 r q dq dl dl 2 R
库仑定律
2
5-2 库仑定律
一、点电荷模型
（d r12）
q1 (q1 0 )
F21
r12
q1 (q1 0) r 12
F21
F) F12
d
二、 库仑定律 q1q2 F e12 F21 12 k 2 r 12
4
5-2 库仑定律
三、库仑力的叠加 点电荷 qi 对 q0 的作用力
Fi
q1
1 qi q0 r i 3 4 π 0 ri
q2 q3
r2 q r3 0
r1
F3 F2
F1
由力的叠加原理得 q0 所受合力 F Fi
i
5
3
5-2 库仑定律
库仑定律
q1q2 F12 k 2 e12 F21 r 12
库仑力遵守牛顿第三定律 令
1 k 4π 0
（
0为真空电容率）
1 0 8.8542 10 12 C 2 N 1 m 2 4π k
F 12
1 q1q2 e12 2 4π 0 r 12
5-2 库仑定律
5-2 库仑定律
法国库仑（C.A.Coulomb） 1785~1789年用扭称测量静电力和 磁力，导出著名的库仑定律。库仑定 律使电磁学的研究从定性进入定量阶 段，是电磁学上一个重要的里程碑。
库仑定律的表述： 在真空中，两个静止的点电荷之间的相互 作用力，其大小与它们电荷的乘积成正比，与 它们之间的距离的二次方成反比；作用力的方 向沿着两点电荷的连线，同号电荷相斥，异号 电荷相吸。
仪器分析-(第三版-魏培海)第五章-库仑分析法
273Ｋ, 760ｍｍHg压力下, 1F电量（96487库仑）产生 16800mL混合气体; 每库仑产生0.1741mL气体。
Q V 0.1741
2．电子积分仪测量
依据:
t
Q 0 idt
采用电子线路进行电流～时间积分，可直接 由表头显示电解过程中消耗的电量。精确度 可达0.01～0.001μC，非常方便、准确。
3．作图法
i i010Kt
当时间足够长时
Q i0 2.303K
在电解过程中测定不同时间t时的电流i，以 lgit 对 t 作图得一直线, 由截距求得 i0 , 由斜 率求得 K。
三、特点及应用
1．特点
对于电解产物不是固态物质或不易称量的反 应也可以测定。例如可以利用H3AsO3在铂阳 极上氧化成砷酸H3AsO3的反应测定砷。
1．溶剂的电解 2．杂质的电解 3．溶液中溶解氧的电解 4．电极参与电极反应 5．电解产物的再反应
1．溶剂的电解
水溶液中水可以参加电极反应而被电解， 阴极放氢、阳极放氧。
防止水电解的方法：控制合适的电解电 位、控制合适的pH及选择过电位高的电 极。
2．杂质的电解
试剂的引入或样品中的共存物质发生电解。
无需基准物，准确度高。误差0.1～0.5％。 灵敏度高。0.01µg级。
2．应用
用于氢、氧、卤素等非金属元素，锂、鈉、 铜银、金、铂等金属元素，以及镅、 锎 和稀土元素等五十多种元素的测定。
用于有机物及生化分析。如三氯乙酸、血 清中尿酸等的测定。
第三节 控制电流库仑分析法
一、方法原理及装置 二、库仑滴定剂的产生方法 三、滴定终点的指示方法 四、特点及应用
mQ
2. 相同的电量通过各种不同的电解质溶 液时，在电极上所获得的各种产物的质 量与它们的摩尔质量成正比。
Q V 0.1741
2．电子积分仪测量
依据:
t
Q 0 idt
采用电子线路进行电流～时间积分，可直接 由表头显示电解过程中消耗的电量。精确度 可达0.01～0.001μC，非常方便、准确。
3．作图法
i i010Kt
当时间足够长时
Q i0 2.303K
在电解过程中测定不同时间t时的电流i，以 lgit 对 t 作图得一直线, 由截距求得 i0 , 由斜 率求得 K。
三、特点及应用
1．特点
对于电解产物不是固态物质或不易称量的反 应也可以测定。例如可以利用H3AsO3在铂阳 极上氧化成砷酸H3AsO3的反应测定砷。
1．溶剂的电解 2．杂质的电解 3．溶液中溶解氧的电解 4．电极参与电极反应 5．电解产物的再反应
1．溶剂的电解
水溶液中水可以参加电极反应而被电解， 阴极放氢、阳极放氧。
防止水电解的方法：控制合适的电解电 位、控制合适的pH及选择过电位高的电 极。
2．杂质的电解
试剂的引入或样品中的共存物质发生电解。
无需基准物，准确度高。误差0.1～0.5％。 灵敏度高。0.01µg级。
2．应用
用于氢、氧、卤素等非金属元素，锂、鈉、 铜银、金、铂等金属元素，以及镅、 锎 和稀土元素等五十多种元素的测定。
用于有机物及生化分析。如三氯乙酸、血 清中尿酸等的测定。
第三节 控制电流库仑分析法
一、方法原理及装置 二、库仑滴定剂的产生方法 三、滴定终点的指示方法 四、特点及应用
mQ
2. 相同的电量通过各种不同的电解质溶 液时，在电极上所获得的各种产物的质 量与它们的摩尔质量成正比。
第五章摩擦
物体作用的切向约束反力，它的方向与物体相对滑动趋势相
反，它的大小需用平衡条件确定。此时有：∑Fx＝0，Fs＝F。
第5章 摩擦
理论力学
由上式可知，静摩擦力的大小随水平力 F 的增大而增大。
图 5－1 所以，在平衡问题中，静摩擦力的大小和方向与作用在 物体上的主动力有关，可由平衡条件确定。这是静摩擦力与 一般约束力的共同点。
理论力学
图 5－3
第5章 摩擦
理论力学
解：解这类问题时，可先假定物体静止，求出此时物体 所受的约束反力与静摩擦力 F，把所求得的 F 与可能达到的 最大静摩擦力 Fmax 进行比较，就可确定物体的真实情况。
取梯子为研究对象。其受力图及所取坐标轴如图 5－3b 所示。此时，设梯子 A 端有向左滑动的趋势。由平衡方程：
擦驱动和制动，这些都是摩擦有利的一面；摩擦还会给物体
间的机械运动带来阻力，消耗能量，降低效率，机器因磨损
而缩短了寿命，这是其有害的一面。
第5章 摩擦
理论力学
摩擦是一种极其复杂的物理—力学现象，本章只介绍工 程中常用的近似理论，并重点研究考虑摩擦时物体的平衡问 题，认识其力学规律，从而达到兴利除弊的目的。
第5章 摩擦
理论力学
第5章 摩擦
摩擦是一种普遍存在的现象。前面各章在讨论物体或物
体系统平衡问题时，摩擦影响很小，由于其不成为主要因素，
都假定物体间的接触面是绝对光滑的，这样使问题得到简化。
事实上接触面绝对光滑是不可能的，在接触面间多少总有摩
擦存在。摩擦在实际的生活和生产中，表现为有利的和有害
的两个方面。利用摩擦进行传动、人靠摩擦行走、车辆靠摩
第5章 摩擦
理论力学
(1)只要作用于物块的全部主动力的合力作用线在摩擦锥 内，无论这个力有多大，物块必保持静止。这种现象称为摩 擦自锁现象。因为在这种情况下，主动力的合力 FR 与法线间 的夹角 θ<φ，因此，FR 和全约束反力 FRA 必能满足二力平衡 条件，且 θ＝α<φ。
大学物理精第五章真空中的静电场ppt课件
三、高斯定理
1.表述：在真空中的任何静电场中,通过任一闭 合曲面的电场强度通量等于该闭合曲面内所包 围电荷的代数和除以ε0。
ppt精选版
39
S
• Q
2.数学表达式：
Φ e E d S E c o sd S
n Q i
i 1 0
其中：E为高斯面内、外场源电荷的电场矢量和。
*高斯面为封闭曲面；
q1
Fi
1
4π 0
qiq0 ri3
ri
q2
q3
由力的叠加原理得 q 所0 受合力
F Fi
i
故 q 处0 E总F电 场强Fi度
q0
q i 0
i
Ei
ppt精选版
r1 r2
r3
q0
F3 F2 F1
17
1.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。
过球面的电通量
Φe
Q 0
• Q
由图可知从曲面一侧穿入的
电场线必定从另一侧穿出，所
以通过曲面的电通量为0
ppt精选版
38
*如点电荷为负，则通过闭合曲面的电通量为负。
*点电荷发出的通过闭合球面的电通量与球面半径 无关，任意形状的闭合曲面也如此。
*如果闭合曲面没有包含点电荷则进入曲面和穿 出曲面的电场线相同，总电通量为零。
解：选择如图所示的高斯面（电场球对称）
E Φe E cosdS
r
EdSE4r2
R
由高斯定理
Φe
Q 0
E 4 r2 Q 0
1Q
pEpt精选版40 r2
43
例题10 两同心均匀带电球壳，内球球壳半径R1 、 带电量+Q，外球球壳半径R2 、带电量-Q ，不计 球壳厚度，试求电场强度的空间分布。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第五章静电场
q1q2 F21 k 2 e21 F12 r21
（ 0 为真空电容率）
12 2 1 2
库仑力遵守牛顿第三定律
1 令 k 4π 0
0 8.854210 C N m
F21
1 q1q2 e21 F12 2 4π 0 r21
5– 2 库仑定律
一 点电荷模型（d
第五章静电场
r12）
e21
F12
二 库仑定律
q1
r21
q2
F21
（1785年）
q1q2 F21 k 2 e21 F12 r21
k 8.98755 10 N m C
9 2 2
SI制
5– 2 库仑定律
库仑定律
F F01 F02
q1
F02
F
q0
q2
F01
5– 2 库仑定律
推广：
第五章静电场
F F1 F2 F3 ..... Fn
q0 qi F e 2 r0 i i 4 0 r0i
Hale Waihona Puke 库仑定律在空气中亦成立。5– 2 库仑定律
第五章静电场
两带电体之间的万有引力比起静电作用 力是很小很小的，所以在研究带电粒子的 相互作用时，它们之间的万有引力通常都 可以忽略不计。
5– 2 库仑定律
三、电场力的迭加原理
第五章静电场
两个以上点电荷对一个点电荷的作用力等 于各个点电荷单独存在时对该点电荷的作用力 的矢量和。