大学医用物理05节静电场课程课件
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大学物理课件静电场-(目录版)
大学物理课件：静电场一、静电场的基本概念1.1电荷电荷是物质的一种属性，是带电粒子的基本单位。
根据电荷的性质，电荷可分为正电荷和负电荷。
自然界中，已知的电荷只有两种：电子和质子。
电子带负电，质子带正电。
电荷的量是量子化的，即电荷量总是元电荷的整数倍。
1.2静电场（1）存在势能：在静电场中，电荷之间存在电势差，电荷在电场中移动时会受到电场力的作用，从而具有势能。
（2）叠加原理：静电场中，任意位置的电场强度是由所有电荷在该点产生的电场强度的矢量和。
（3）保守性：静电场力做功与路径无关，只与初末位置有关，因此静电场是保守场。
1.3电场强度电场强度是描述电场中电荷受力大小的物理量。
电场强度E的定义为单位正电荷所受到的电场力F，即E=F/q。
电场强度是矢量，方向与正电荷所受电场力方向相同。
在国际单位制中，电场强度的单位为牛/库仑（N/C）。
二、库仑定律2.1库仑定律的表述库仑定律是描述静止电荷之间相互作用的定律。
库仑定律表明，两个静止点电荷之间的相互作用力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，作用力在它们的连线上。
2.2库仑定律的数学表达式设两个点电荷的电荷量分别为q1和q2，它们之间的距离为r，则它们之间的相互作用力F可以用库仑定律表示为：F=kq1q2/r^2其中，k为库仑常数，其值为8.9910^9N·m^2/C^2。
2.3电场强度的计算根据库仑定律，可以求出单个点电荷产生的电场强度。
设一个点电荷q产生的电场强度为E，则距离该电荷r处的电场强度E 为：E=kq/r^2三、电势与电势差3.1电势电势是描述电场中某一点电荷势能的物理量。
电势的定义为单位正电荷从无穷远处移到该点时所做的功W，即V=W/q。
电势是标量，单位为伏特（V）。
3.2电势差的计算电势差是描述电场中两点间电势差异的物理量。
电势差U的定义为单位正电荷从一点移到另一点时所做的功W，即U=W/q。
电势差是标量，单位为伏特（V）。
大学物理静电场ppt课件
ψ E d S E co d Ss
S
S
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n
n E
S
30
练习1:空间有点电荷q , 求下列情况下穿过曲面的电通量.
(1) 曲面以电荷为中心的球面 (2) 曲面包围电荷任意封闭曲面 (3) 曲面不包围电荷任意封闭曲面
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31
解: (1) 曲面为以电荷为中心的球面
Φe
EdS
S
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10
q 带电量为 的点电荷在电场强度为 的电场中受到的E电场力
FqE
q为正，
与F同向E；
q为负，
与F反向E.
3.点电荷的场强分布
E
F q0
1Q
4 π 0 r 2 er
E
Q
E
Q
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11
4、场强叠加原理
q q 点电荷 对 i 的作用0 力
Fi
1 4πε0
qiq0 ri2
ei
q 由力的叠加原理得 所受合力0
Ex 2Ecos
Ey 0
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E
E
E e
r
q
y
B
r
y
e
q
l
x
14
cos l / 2
y2 (l / 2)2
EEx4π10(y2lq2l/4)3/2
y
E
E B
E e
r
q
r
y
e
q
E 的方向沿x轴的负向。
l
x
y l 若
， 定义电偶极矩
pql
1 ql E
4 π0 y3
1p
4π y3
0 最新课件
3.电荷守恒
大学物理静电场ppt课件
大学物理静电场ppt 课件
目录
• 静电场基本概念与性质 • 静电场中的电荷分布与电势 • 静电感应与电容器 • 静电场中的能量与动量 • 静电场与物质相互作用 • 总结回顾与拓展延伸
01
静电场基本概念与性质
电荷与电场
电荷的基本性质
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
电场的概念
电荷周围存在的一种特殊物质，它对放入其中 的其他电荷有力的作用。
典型问题解析
电荷在电场中的受力与运动
根据库仑定律和牛顿第二定律分析电 荷在电场中的受力与运动情况。
电场强度与电势的关系
通过电场强度与电势的微分关系，分 析电场强度与电势的变化规律。
电容器与电容
分析平行板电容器、圆柱形电容器等 典型电容器的电容、电量、电压等物 理量的关系。
静电场的能量
计算静电场中电荷系统的电势能、电 场能量等物理量，分析静电场的能量 转化与守恒问题。
某些晶体在受到外力作用时，内部产生电极化现象，从而在晶体表面产生电荷的现象。 压电效应具有可逆性，即外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态。
热电效应
温差引起的电荷分布和电流现象。包括塞贝克效应（温差产生电压）和帕尔贴效应（电 流产生温差）。
压电效应和热电效应的应用
在传感器、换能器、制冷技术等领域有广泛应用。
静电场能量密度及总能量计算
静电场能量密度定义
01
单位体积内静电场所具有的能量。
计算公式
02
能量密度 = 1/2 * 电场强度平方 * 电介质常数。
静电场总能量计算
03
对能量密度在整个空间进行积分。
带电粒子在静电场中运动规律
运动方程
根据牛顿第二定律和库仑定律建立带电粒子在静 电场中的运动方程。
目录
• 静电场基本概念与性质 • 静电场中的电荷分布与电势 • 静电感应与电容器 • 静电场中的能量与动量 • 静电场与物质相互作用 • 总结回顾与拓展延伸
01
静电场基本概念与性质
电荷与电场
电荷的基本性质
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
电场的概念
电荷周围存在的一种特殊物质，它对放入其中 的其他电荷有力的作用。
典型问题解析
电荷在电场中的受力与运动
根据库仑定律和牛顿第二定律分析电 荷在电场中的受力与运动情况。
电场强度与电势的关系
通过电场强度与电势的微分关系，分 析电场强度与电势的变化规律。
电容器与电容
分析平行板电容器、圆柱形电容器等 典型电容器的电容、电量、电压等物 理量的关系。
静电场的能量
计算静电场中电荷系统的电势能、电 场能量等物理量，分析静电场的能量 转化与守恒问题。
某些晶体在受到外力作用时，内部产生电极化现象，从而在晶体表面产生电荷的现象。 压电效应具有可逆性，即外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态。
热电效应
温差引起的电荷分布和电流现象。包括塞贝克效应（温差产生电压）和帕尔贴效应（电 流产生温差）。
压电效应和热电效应的应用
在传感器、换能器、制冷技术等领域有广泛应用。
静电场能量密度及总能量计算
静电场能量密度定义
01
单位体积内静电场所具有的能量。
计算公式
02
能量密度 = 1/2 * 电场强度平方 * 电介质常数。
静电场总能量计算
03
对能量密度在整个空间进行积分。
带电粒子在静电场中运动规律
运动方程
根据牛顿第二定律和库仑定律建立带电粒子在静 电场中的运动方程。
医学物理学静电场课件
E dE 0
Q
Q
0
0
Q xd q x dq 3 3 0 4 πε0 r 4 πε0 r
dq x 2 4πε0 r r
xQ
2 3 2 2
讨 论
4 πε0 ( x a )
第八章 静电场
讨论：
E
xQ 4πε0 ( x a )
2 3 2 2
i K
a
Qx
静止的场源电荷所产生的电场称为静电场 。
电场具有两个重要性质：一是力的性质,即放 入电场的任何电荷都将受到电场力的作用；二是能
的性质，即当电荷在电场中运动时，电场力对电荷
要做功,表明电场具有能量。
第八章 静电场
3.电场强度（ElectricFieldIntensity）
试探电荷的概念：所带电量足够少且引入后
第八章 静电场
一、静电场的环路定理
1. 点电荷的静电场力对试探电荷做的功
在点电荷q 的电场中,将检验电荷q0 从 a 移到b
第三节 电势
b
q0位移dl电场力作的元功为 ： dA F dl q0 E dl q0 Ecosθ dl
其中cosθ dl dr
由定义，P 点的场强:
0
F q q E r K 2 r0 2 0 q0 4 πε 0 r r
讨 论
1 a) 大小： 具有球对称，E 2 r
b)方向：
q > 0时;
q< 0时。
第八章 静电场
2. 点电荷系的场强 场强叠加原理 实验表明电场力也满足力的独立作用原理。由 n个点电荷所组成的带电体系在空间某点的总场强：
电场中某点的电场强度在数值和方向上等于
静电场(全课件)
PA R T. 0 1
静电场(全课件)
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CONTENTS
目录
静电场的 简介
电场的基 本概念
静电场的 计算方法
静电场的 实际应用
静电场的 未来发展
PA R T. 0 2
静电场的简介
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静电场的定义
静电场是保守场，即电场力做功与路径无关，只与 初末位置的电势差有关。 静电场是由静止电荷产生的电场，其电场线从正电 荷出发，终止于负电荷或无穷远处。
定义
电场强度是描述电场中电场力性质的物理量， 用矢量表示，单位为牛/库或伏/米。
计算公式
在点电荷产生的电场中，电场强度的大小等 于点电荷的电量与距离的平方的比值，方向 由点电荷指向其周围的电场线。
电场强度的叠加原理
在空间中某一点的电场强度等于各个点电荷 在该点产生的电场强度的矢量和。
电势
电势是描述电场中电势能性质的物 理量，用标量表示，单位为伏特。
电场的基本概念
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电场线
电场线是用来描述电场分布的假想线，其 密度表示电场强度的大小。 描述电场分布 电场线的方向 电场线的切线 电场线的方向与电场强度矢量方向一致， 从正电荷或无穷远指向负电荷或无穷远。 电场线的切线方向表示电场强度的方向， 切线的长度表示电场强度的大小。
电场强度
离子交换 离子交换是一种常用的水处理技术，通过电场的 作用，使带电离子在电场中发生定向迁移，从而 实现离子的交换和去除。
电场在生物医学中的应用
医学成像
01
医学成像技术如X光、CT等利用电场的作用，使不同物质在电
场中的吸收和散射程度不同，从而实现医学成像。
电刺激细胞
静电场(全课件)
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CONTENTS
目录
静电场的 简介
电场的基 本概念
静电场的 计算方法
静电场的 实际应用
静电场的 未来发展
PA R T. 0 2
静电场的简介
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静电场的定义
静电场是保守场，即电场力做功与路径无关，只与 初末位置的电势差有关。 静电场是由静止电荷产生的电场，其电场线从正电 荷出发，终止于负电荷或无穷远处。
定义
电场强度是描述电场中电场力性质的物理量， 用矢量表示，单位为牛/库或伏/米。
计算公式
在点电荷产生的电场中，电场强度的大小等 于点电荷的电量与距离的平方的比值，方向 由点电荷指向其周围的电场线。
电场强度的叠加原理
在空间中某一点的电场强度等于各个点电荷 在该点产生的电场强度的矢量和。
电势
电势是描述电场中电势能性质的物 理量，用标量表示，单位为伏特。
电场的基本概念
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电场线
电场线是用来描述电场分布的假想线，其 密度表示电场强度的大小。 描述电场分布 电场线的方向 电场线的切线 电场线的方向与电场强度矢量方向一致， 从正电荷或无穷远指向负电荷或无穷远。 电场线的切线方向表示电场强度的方向， 切线的长度表示电场强度的大小。
电场强度
离子交换 离子交换是一种常用的水处理技术，通过电场的 作用，使带电离子在电场中发生定向迁移，从而 实现离子的交换和去除。
电场在生物医学中的应用
医学成像
01
医学成像技术如X光、CT等利用电场的作用，使不同物质在电
场中的吸收和散射程度不同，从而实现医学成像。
电刺激细胞
05节静电场
❖ 两条电场线不会相交;
❖ 静电场的电场线不会形成闭合曲线.
这些基本性质由静电场的基本性质和场的单值 性决定的.
20 2020年8月3日星期一
医用物理学
第五章 静电场
（二）电通量 (electric flux)
借助电场线认识电通量
按前面对电场线的规定,电通量可定义为通过任
一面的电场线条数.
rr
❖ 通过任意面积元的电通量 d E dS
医用物理学
第五章 静电场
一.电荷的基本性质
电荷是构成物质的基本粒子的一种性质,不能 脱离物质而存在. 只存在两种电荷——正电荷和负电 荷,同 种电荷相斥,异种电荷相吸.
3 2020年8月3日星期一
医用物理学
第五章 静电场
❖ 电荷量子化
1906 -1917 年 , 密立根 用 液
滴法首先在实验上证明了电荷量的
8 2020年8月3日星期一
医用物理学
第五章 静电场
三.电场 电场强度
法拉第提出近距作用,并提出力线和场的概念.
(一)电场 (electric field)
存在于带电体周围空间的特殊物质。电荷之间的
相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有
电场，引入该电场的任何带电体，都受到电场的作用
力，这就是所渭的近距作用。
电荷
电场
电荷
场源电荷 建立电场的电荷
静电场 与观察者相对静止的场源电荷所产生的电场
1.电场的基本性质
a.给电场中的带电体施以力的作用。 b.当带电体在电场中移动时，电场力作功. 表明电场具有能量。
c.变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量
表明电场具有动量、质量、能量，体现了它的物质性.
❖ 静电场的电场线不会形成闭合曲线.
这些基本性质由静电场的基本性质和场的单值 性决定的.
20 2020年8月3日星期一
医用物理学
第五章 静电场
（二）电通量 (electric flux)
借助电场线认识电通量
按前面对电场线的规定,电通量可定义为通过任
一面的电场线条数.
rr
❖ 通过任意面积元的电通量 d E dS
医用物理学
第五章 静电场
一.电荷的基本性质
电荷是构成物质的基本粒子的一种性质,不能 脱离物质而存在. 只存在两种电荷——正电荷和负电 荷,同 种电荷相斥,异种电荷相吸.
3 2020年8月3日星期一
医用物理学
第五章 静电场
❖ 电荷量子化
1906 -1917 年 , 密立根 用 液
滴法首先在实验上证明了电荷量的
8 2020年8月3日星期一
医用物理学
第五章 静电场
三.电场 电场强度
法拉第提出近距作用,并提出力线和场的概念.
(一)电场 (electric field)
存在于带电体周围空间的特殊物质。电荷之间的
相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有
电场，引入该电场的任何带电体，都受到电场的作用
力，这就是所渭的近距作用。
电荷
电场
电荷
场源电荷 建立电场的电荷
静电场 与观察者相对静止的场源电荷所产生的电场
1.电场的基本性质
a.给电场中的带电体施以力的作用。 b.当带电体在电场中移动时，电场力作功. 表明电场具有能量。
c.变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量
表明电场具有动量、质量、能量，体现了它的物质性.
大学医用物理05章静电场课件
医用物理学
第五章 静电场
(2)场源电荷仍是点电荷
取一不包围点电荷的闭合面
S(如图所示).由图中可见,电
场线穿越此闭合面,进入与穿
出闭合面的电场线条数相等.
电场线进入闭合面的这一区 q
域的电通量为负,电场线穿出
闭合面的区域的电通量为正,
且两者绝对值相等,则通过此
闭合面的全部电通量为“0”.
S
E
电量 q的单位是库仑[C]
E 场强单位是[N/C]。或者叫做[伏特/米]。
10 2019年10月16日星期三
医用物理学
第五章 静电场
电场强度与源电荷及场点位置有关,试验电 荷在此仅为辅助的工具,与电场的存在与否无关. 电场是矢量场,可用一空间坐标的矢量函数表示
E E r E x, y, z
1.规定
场强方向：电场线上每一点的切线方向. 场强大小：在电场中任一点,取一垂直于该点场强 方向的面积元,使通过单位面积的电场线数目,等 于该点场强的量值.
17
医用物理学
第五章 静电场
以dS表示面元的大小,d表示电
E
场线条数,则由上面的规定可得
E d
d EdS
dS
dS
若面积元不垂直电场强度,电场强度与电场
只存在两种电荷——正电荷和负电荷,同种电荷相斥, 异种电荷相吸.
“渐近自由” “夸克禁闭”
2 2019年10月16日星期三
医用物理学
第五章 静电场
电荷量子化 (charge quantization ) 1906 -1917年,密立根用液滴法首
先在实验上证明了电荷量的变化是不
连续的. 微小粒子带电荷量 Q = N e 元电荷 e 1.60210-19C
医用物理学-课件--第五章 静电场共46页
1 ( ra
1 )
rb
2019/9/18
13
2.结论: 电荷在静电场中移动时，电场力对它所作的功只与
电荷的始、末位置有关，而与移动的具体路径无关.
静电场力沿任何闭合路径作功等于0，可推得 静电场的环路定理
2019/9/18
14
二.电势 电势差
1.电势能
电荷放在电场中具有电势能W 电场力对电荷做功
一. 能斯特方程
U2U12.3Z RF TlgC C12
2019/9/18
26
二.细胞静息电位
人体神经细胞膜内外离子浓度. 在人体T=310K时，将数据代入能斯特方程得各 种离子的平衡电位为：
U iNa6.1 5lgC C o i 6.1 5lg 1 14 02 7m 1 V U iK 6.5 1lgC C o i 6.5 1lg 1541 8m 9 V
2019/9/18
41
5-6 静电场中的电介质
一. 电介质及其极化
1. 电介质 为不能导电的绝缘体； 特点：一般不能导电。
2. 分类 无极分子 有极分子
2019/9/18
42
3. 极化 定义： 在外电场作用下，电介质垂直于外电场的两个端 面上分别出现一层正电荷和负电荷的现象.
种类： 位移极化
取向极化
本章学习要点：
1. 主要内容以此为准； 2. 2. 图片参见课本或参考书； 3. 3. 课本没有的图片不作要求； 4. 本课件只供个人学习用，不外传以免纠纷。
2019/9/18
1
5-1 电场强度和高斯定理
一.库仑定律
1．电荷：物质的带电属性； 2．点电荷：忽略大小和形状的带电体。 3．库仑定律
2019/9/18
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大学医用物理05节静电场课程
一.电荷的基本性质
电荷是构成物质的基本粒子的一种性质,不能脱 离物质而存在.
只存在两种电荷——正电荷和负电荷,同种电荷 相斥,异种电荷相吸.
“渐近自由” “夸克禁闭”
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
❖ 电荷量子化 (charge quantization )
点电荷：当带电体的几何线度远小于带电体间的 距离时，带电体的形状和电荷的分布对带电体间 的相互作用已无影响，带电体可看作点电荷
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
二.库仑定律
1785年,库仑通过扭 称实验得到.
表述为：在真空中,两个静止 点电荷之间的相互作用力大 小,与它们的电荷量的乘积成 正比,与它们之间距离的平方 成反比；作用力的方向沿着 它们的连线,同种电荷相斥, 异种电荷相吸.
由库仑定律 由场强定义 由上述两式得
F
E
Qq
4π
0
r
F
2
er
q
Q
E 4π0r 2 er
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
rq
试验电荷
❖ 点电荷的电场特点：球对称; 以1/r2衰减.
er 从源电荷指向场点,
q
场强方向为正电荷受力方向. r 能等于 0 吗？
er Qr
E
E
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
2020/12/31
以 F12表示电荷q1对电荷q2的作用力, e12表示由电荷q1指向电荷q2的单位矢量, 则
F12
k
q1q2 r2
e12
q1
q2
r12
e12
而电荷q2受到电荷q1的作用力 F21为
F21
k
q1q2 r2
e21
q1 e21
1906 -1917年,密立根用液滴法首
先在实验上证明了电荷量的变化是不
连续的. 微小粒子带电荷量 Q = N e
元电荷 e 1.60210-19C
C(库仑)是电荷量的单位,它是由
A(安培)导出的,导线中有1A电流,1s内
流过导线横截面的电荷量为1C.
密立根
迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电
荷，质子是最小的正电荷。 库仑是电量的国际
q2
r21
真空中两静止点电荷间作用力满足 F12 F21
大学医用物理05节静电场课程
在国际单位制中, k 写成 k 1
4π 0
0 8.851012 C2 ·N1 ·m2 ,称为真空电容率,
也称为真空介电常数.
库仑定律是一实验定律,其精确性已经受了各种 检验,它在原子尺度内也是适用的,可正确描述 电子与原子核间的作用力,而且对于原子结合成 分子,原子、分子聚合成固体、液体的力也可给 出正确说明.
1986年的推荐值为：
单位。
e =1.60217733×10-19库仑(C)
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
❖ 电荷的相对论不变性
带电粒子的电荷量不因其运动状态的变化而发生变 化.
❖ 电 荷 守 恒 定 律 (law of conservation of charge)
在一个与外界没有电荷交换的系统内,正负电荷的 代数和在任何物理过程中保持不变.电荷守恒定律 是物理学中的基本定律.
E 场强单位是[N/C]。或者叫做[伏特/米]。
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
电场强度与源电荷及场点位置有关,试验电 荷在此仅为辅助的工具,与电场的存在与否无关. 电场是矢量场,可用一空间坐标的矢量函数表示
E E r E x, y, z
这样的函数表达了空间中各点的电场强弱及 方向,表达了电场在空间的分布.
大学医用物理05节静电场课程
2. 静电场
相对于观察者静止的电荷产生的电场 是电磁场的一种特殊形式
雷电
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
雷电
(二)电场强度 (electric field intensity)
电场强度是描述场中各点电场的强弱的物理量. 以单位电荷在电场中的受力来描述：
场源电荷 建立电场的电荷
电荷
电场
静电场 与观察者相对静止的场源电荷所产生的电场
电荷
1.电场的基本性质
a.给电场中的带电体施以力的作用。 b.当带电体在电场中移动时，电场力作功. 表明电场具有能量。
2020/12/31
c.变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量 表明电场具有动量、质量、能量，体现了它的物质性.
一空间带电体,电荷量为Q,考察P点的场强,为 此引入一试验电荷q放到P处,测量试验电荷受力状况.
试验电荷应满足的条件为
Q
• 电荷量充分地小
• 线度足够地小
P
P点处试验电荷受力为
q
实验表明： P点比值
电场强度定义为
E
F
F
F q
与试验电荷无关
单位 N/C 或V/m
F
F力的单位是牛顿[Nq]; 电量 q的单位是库仑[C]
2020/12/31
大学医用物理05节静电场课程
三.电场 电场强度
法拉第提出近距作用,并提出力线和场的概念.
(一)电场 (electric field) 存在于带电体周围空间的特殊物质。电荷之间的
相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有 电场，引入该电场的任何带电体，都受到电场的作用 力，这就是所渭的近距作用。
+
r
r
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2
多F个 点 电F1荷的F电2 场
Fn
n
Fi
i 1
Fi
q 对 q 的作用力
i
Fi
F2
q
E F F1 F2 Fn
q E1
E2
q En
q2
F1 qi q1
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E Ei
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例 长为 l 均匀带电直线,电荷线密度为 ,求：如
点电荷在电场中受的电场力 F qE
场强的叠加原理：
电场中任何一点的总场强，等于各个点电荷在
该点各自产生的场强的矢量和。这就是场强叠加原
理。
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n
E F
qo
Fi
n
i1
Fi
q q 大学医用o物理05节静i电1场课程o
n
i1
Ei
(三).电场强度的计算
1.点电荷的场强公式
Q
根据库仑定律和场强的定义
第五章 静电场
库仑定律 高斯定理 静电场力的功 电势 静电场中的电介质 静医用物理05节静电场课程
§5-1 库仑定律
早期，人们通过毛皮与琥珀的摩擦和对自然 界闪电的观察发现了电相互作用现象.对电的定量 研究则始于库仑定律.
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一.电荷的基本性质
电荷是构成物质的基本粒子的一种性质,不能脱 离物质而存在.
只存在两种电荷——正电荷和负电荷,同种电荷 相斥,异种电荷相吸.
“渐近自由” “夸克禁闭”
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❖ 电荷量子化 (charge quantization )
点电荷：当带电体的几何线度远小于带电体间的 距离时，带电体的形状和电荷的分布对带电体间 的相互作用已无影响，带电体可看作点电荷
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二.库仑定律
1785年,库仑通过扭 称实验得到.
表述为：在真空中,两个静止 点电荷之间的相互作用力大 小,与它们的电荷量的乘积成 正比,与它们之间距离的平方 成反比；作用力的方向沿着 它们的连线,同种电荷相斥, 异种电荷相吸.
由库仑定律 由场强定义 由上述两式得
F
E
4π
0
r
F
2
er
q
Q
E 4π0r 2 er
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rq
试验电荷
❖ 点电荷的电场特点：球对称; 以1/r2衰减.
er 从源电荷指向场点,
q
场强方向为正电荷受力方向. r 能等于 0 吗？
er Qr
E
E
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以 F12表示电荷q1对电荷q2的作用力, e12表示由电荷q1指向电荷q2的单位矢量, 则
F12
k
q1q2 r2
e12
q1
q2
r12
e12
而电荷q2受到电荷q1的作用力 F21为
F21
k
q1q2 r2
e21
q1 e21
1906 -1917年,密立根用液滴法首
先在实验上证明了电荷量的变化是不
连续的. 微小粒子带电荷量 Q = N e
元电荷 e 1.60210-19C
C(库仑)是电荷量的单位,它是由
A(安培)导出的,导线中有1A电流,1s内
流过导线横截面的电荷量为1C.
密立根
迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电
荷，质子是最小的正电荷。 库仑是电量的国际
q2
r21
真空中两静止点电荷间作用力满足 F12 F21
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在国际单位制中, k 写成 k 1
4π 0
0 8.851012 C2 ·N1 ·m2 ,称为真空电容率,
也称为真空介电常数.
库仑定律是一实验定律,其精确性已经受了各种 检验,它在原子尺度内也是适用的,可正确描述 电子与原子核间的作用力,而且对于原子结合成 分子,原子、分子聚合成固体、液体的力也可给 出正确说明.
1986年的推荐值为：
单位。
e =1.60217733×10-19库仑(C)
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❖ 电荷的相对论不变性
带电粒子的电荷量不因其运动状态的变化而发生变 化.
❖ 电 荷 守 恒 定 律 (law of conservation of charge)
在一个与外界没有电荷交换的系统内,正负电荷的 代数和在任何物理过程中保持不变.电荷守恒定律 是物理学中的基本定律.
E 场强单位是[N/C]。或者叫做[伏特/米]。
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电场强度与源电荷及场点位置有关,试验电 荷在此仅为辅助的工具,与电场的存在与否无关. 电场是矢量场,可用一空间坐标的矢量函数表示
E E r E x, y, z
这样的函数表达了空间中各点的电场强弱及 方向,表达了电场在空间的分布.
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2. 静电场
相对于观察者静止的电荷产生的电场 是电磁场的一种特殊形式
雷电
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雷电
(二)电场强度 (electric field intensity)
电场强度是描述场中各点电场的强弱的物理量. 以单位电荷在电场中的受力来描述：
场源电荷 建立电场的电荷
电荷
电场
静电场 与观察者相对静止的场源电荷所产生的电场
电荷
1.电场的基本性质
a.给电场中的带电体施以力的作用。 b.当带电体在电场中移动时，电场力作功. 表明电场具有能量。
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c.变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量 表明电场具有动量、质量、能量，体现了它的物质性.
一空间带电体,电荷量为Q,考察P点的场强,为 此引入一试验电荷q放到P处,测量试验电荷受力状况.
试验电荷应满足的条件为
Q
• 电荷量充分地小
• 线度足够地小
P
P点处试验电荷受力为
q
实验表明： P点比值
电场强度定义为
E
F
F
F q
与试验电荷无关
单位 N/C 或V/m
F
F力的单位是牛顿[Nq]; 电量 q的单位是库仑[C]
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三.电场 电场强度
法拉第提出近距作用,并提出力线和场的概念.
(一)电场 (electric field) 存在于带电体周围空间的特殊物质。电荷之间的
相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有 电场，引入该电场的任何带电体，都受到电场的作用 力，这就是所渭的近距作用。
+
r
r
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多F个 点 电F1荷的F电2 场
Fn
n
Fi
i 1
Fi
q 对 q 的作用力
i
Fi
F2
q
E F F1 F2 Fn
q E1
E2
q En
q2
F1 qi q1
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E Ei
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例 长为 l 均匀带电直线,电荷线密度为 ,求：如
点电荷在电场中受的电场力 F qE
场强的叠加原理：
电场中任何一点的总场强，等于各个点电荷在
该点各自产生的场强的矢量和。这就是场强叠加原
理。
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n
E F
qo
Fi
n
i1
Fi
q q 大学医用o物理05节静i电1场课程o
n
i1
Ei
(三).电场强度的计算
1.点电荷的场强公式
Q
根据库仑定律和场强的定义
第五章 静电场
库仑定律 高斯定理 静电场力的功 电势 静电场中的电介质 静医用物理05节静电场课程
§5-1 库仑定律
早期，人们通过毛皮与琥珀的摩擦和对自然 界闪电的观察发现了电相互作用现象.对电的定量 研究则始于库仑定律.
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