11静电场的基本现象和基本规律
第一章 真空静电场
2） 对高斯定理中各量的理 解
q 0 S内 q 0 S内 不 意 味 着 S内 无 电 荷 不意味着 （曲面上）为零 E
E由S内 外的电荷决定 E 由 S内 电荷决定
曲 面 上 的 电 荷 对 E的 贡 献 ， 将 其 分 为 内 外 分 布 的荷 电 内 部 电 荷 对 E 有 贡 献 ， 外 部 的 电 荷 对 E无 贡 献
证明： 从特殊到一般
(1)点电荷q被任意球面包围 设q >0，场具有球对称性
q E E d S EdS dS 2 4 0 r S S S 4r 2 1 q q 1 q dS E 2 2 4 0 r 4 0 r S 0
1
一个点电荷所产生的电场，在以点电荷为 q 中心的任意球面的电通量等于
ˆ n
dS ˆ n
(2)电 通
量
电通量电场强度 ( x. y.z )的通量。 E
面元的通量 :
dS E
d E EdS
E
dS
dS
d E E dS
E
ˆ n
有限曲面的电通量 E d E E dS 闭合曲面的电通量 E d E E dS
互作用
(1)电场
带电体周围客观存在的一种特殊物质
电 荷 电 场 电 荷
物质性:具有能量，质量,动量可与实粒子相 转化 (2)静电场
相对于观察者静止的电荷所激发的电场
1.2.2电场强度
(1)试 探 电 荷 ： 带 电 量 很 ,小 何 线 度 几 可忽略
对外界影响
的点电荷 试探内容:电场对电荷的作用 与 哪 些 因 素 有 关 力的作用 用 何 物 理 量 描 述 源电荷:产生电场的电荷 场 点:电场中所要研究的点
赵凯华陈煕谋《电磁学》第三版思考题及习题答案(完整版)
1、 在地球表面上某处电子受到的电场力与它本身的重量相等， 求该处的电场强度 （已知电 子质量 m=9.1×10-31kg,电荷为-e=-1.610-19C）. 解： 2、 电子所带的电荷量（基本电荷-e）最先是由密立根通过油滴实验测出的。密立根设计的 实验装置如图所示。一个很小的带电油滴在电场 E 内。调节 E，使作用在油滴上的电场力与 油滴的重量平衡。如果油滴的半径为 1.64×10-4cm,在平衡时，E=1.92×105N/C。求油滴上 的电荷（已知油的密度为 0.851g/cm3） 解： 3、 在早期（1911 年）的一连串实验中，密立根在不同时刻观察单个油滴上呈现的电荷， 其测量结果（绝对值）如下： 6.568×10-19 库仑 13.13×10-19 库仑 19.71×10-19 库仑 8.204×10-19 库仑 16.48×10-19 库仑 22.89×10-19 库仑 11.50×10-19 库仑 18.08×10-19 库仑 26.13×10-19 库仑 根据这些数据，可以推得基本电荷 e 的数值为多少？ 解：油滴所带电荷为基本电荷的整数倍。则各实验数据可表示为 kie。取各项之差点儿 4、 根据经典理论，在正常状态下，氢原子中电子绕核作圆周运动，其轨道半径为 5.29× 10-11 米。已知质子电荷为 e=1.60×10-19 库,求电子所在处原子核（即质子）的电场强度。 解： 5、 两个点电荷，q1=+8 微库仑，q2=-16 微库仑（1 微库仑=10-6 库仑） ，相距 20 厘米。求 离它们都是 20 厘米处的电场强度。 解： 与两电荷相距 20cm 的点在一个圆周上，各点 E 大小相等，方向在圆锥在上。 6、 如图所示， 一电偶极子的电偶极矩 P=ql.P 点到偶极子中心 O 的距离为 r ,r 与 l 的夹角为。 在 r>>l 时，求 P 点的电场强度 E 在 r=OP 方向的分量 Er 和垂直于 r 方向上的分量 Eθ。 解：
第1章_静电场_恒定电流场
张红军
zhhjun@
陕西师范大学 物理学与信息技术学院
教材
新概念物理教程 《电磁学》(第二版) —— 赵凯华 陈熙谋，高等教育出版社
参考书目
1.《电磁学》 —— 贾起民，郑永令，陈暨耀，高等教育出版社 2.《电磁学》 —— 梁灿彬，秦光戎，梁竹健，高等教育出版社 3.《物理学》 —— [美]哈里德 瑞斯尼克著、李仲卿译，科学出版社
F q ，是大于、小于、还是等于P点的 E0 ?
Байду номын сангаас
Q
P E0
Q
P q
F E0 q
三、电场线（电力线） (electric field line) ----电场中假想的曲线
1. E 用电场线描述
• 规定：
场强方向：电场线切线方向 场强大小：取决于电场线 dN 的疏密 E dS 2. 静电场中电场线性质
线度足够地小
电量充分地小 为什么？ 讨论
1) q0只是使场显露出来，即使无q0 ， 也存在。 E
F E q0
讨论
2) E E r E x y z
3) SI中单位
N/C 或 V/m
4) 电荷在场中受的电场力
点电荷在外场中受的电场力 F qE 一般带电体在外场中受力 F dF
电路
麦克斯韦电磁理论 电磁波
的顺序，对电磁现象的基本规律予以介绍。
二、电磁学的发展过程
公元前600年 1820年 奥斯特发现 电流对磁针的作用 1831年 法拉第发现 电磁感应
古希腊泰勒斯 第一次记载电现象
静电场的基本特性
静电场的基本特性一、静电场的定义与基本概念1.静电场：由静止电荷产生的电场，称为静电场。
2.电场：电场是一种特殊形态的物质，存在于电荷周围。
3.电场强度：描述电场强度的物理量，单位为牛顿/库仑（N/C）。
4.电势：描述电场势能状态的物理量，单位为伏特（V）。
5.电势差：两点间电势的差值，单位为伏特（V）。
二、静电场的基本性质1.库仑定律：静电场中，两个静止点电荷之间的作用力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。
2.电场线的特点：电场线从正电荷出发，终止于负电荷；电场线不相交；电场线的疏密表示电场强度的大小。
3.电势的分布：电势在空间中的分布反映了电场势能的状态；电势随着距离的增加而减小。
4.电场强度与电势的关系：电场强度的方向是电势降低最快的方向。
三、静电场的基本方程1.高斯定律：描述静电场中电荷与电场之间的关系，指出通过任何闭合曲面的电通量与该闭合曲面所包围的净电荷量成正比。
2.电场强度与电势的关系：E = -dV/dr，其中E为电场强度，V为电势，dr为距离变化量。
四、静电场中的常见问题1.静电力的计算：利用库仑定律计算两个点电荷之间的作用力。
2.电场强度的计算：利用高斯定律计算闭合曲面内的电场强度。
3.电势的计算：利用电场强度与电势的关系计算电势。
4.电势差与电场强度的关系：ΔV = E·Δl，其中ΔV为电势差，E为电场强度，Δl为路径长度。
五、静电场的实际应用1.静电除尘：利用静电场将带电粒子吸附在带电板上，实现除尘。
2.静电喷涂：利用静电场将涂料粒子带电，使其在喷涂过程中均匀分布，提高喷涂效果。
3.静电复印：利用静电场将墨粉吸附在鼓上，实现复印。
六、注意事项1.静电场是一种客观存在的物质，存在于电荷周围。
2.掌握静电场的基本概念、性质和方程，能够解决实际问题。
3.注意静电场与电流场的区别，理解它们在现实生活中的应用。
习题及方法：1.习题：两个点电荷分别为+5μC和-3μC，它们之间的距离为10cm，求它们之间的库仑力。
第1章 真空中的静电场1 静电的基本现象和基本规律
（3）上面给出的库仑定律只适用于惯性体系中静止的 点电荷，存在相对运动时库仑定律要作小小的修改。 (4) 库仑定律是电学中的基本定律是整个电学的基础。 关于库仑定律的发现，请同学们参考有关书籍，阅后必然 受益不浅，很有启发。 (5) 平方反比律与光子静止质量是否为零有着密切关 系。
提问
通过回顾库仑定律的发现，你有什么体会？
k=
1 4πε 0
= 8.99 × 10 9 Nm 2 C − 2 ≈ 9.0 × 10 9 Nm 2 / C 2
在计算过程中，一般都将k当作一个常数处理，不是 这种形式也应凑成这种形式。 1 9 2 2
k= 4πε 0 ≈ 9.0 × 10 Nm / C
在CGSE制中, k=1。CGSE制仍然有人用，因为其公 式非常简洁。
下面看一个核反应的例子，β衰变的一般反应式：
A z
XN= Y
A z +1 N −1
+ e +ν e
−
其中 A：质量； Z：原子序数即电荷数； N：中子数； ν e ： 为反电子中微子。
根据物质的电结构，我们可以更好地理解和掌握电 荷守恒定律。众所周知：
⎧ ⎧电子 ⎪ ⎪ ⎪原子⎨ 物质⎨ ⎪原子核 ⎪ ⎩ ⎪分子 ⎩ (带负电) ⎧质子 (带正电) ⎨ ⎩中子 (不带电)
(2) 库仑定律与万有引力定律
GM 1 M 2 0 F引 = − r12 2 r12
G：万有引力常数，数值 为6.67 ×10-11牛顿米2/千克2 或6.67×10-8达因厘米2/克2 “-”表示吸引力，在 F引 的 作用下，趋向于使r12减小 （因为M1和M2恒大于零）。
两者的相同之处在于：都是长程力，具有平方反比 的特征，且都满足牛顿第三定律； 不同之处： (a) 电荷有正有负，所以存在引力和斥力， 而质量恒 为正，只有引力而没有斥力。 (b) 静电力可以屏蔽，而万有引力却无法屏蔽。 (c) 静电力远大于引力。以电子和质子间的库仑力和 万有引力为例，可以得到F电/F引～2.3×1039，因此通常在 讨论原子、固体、液体的结构及化学作用时，只需考虑库 仑力，而忽略引力。
赵凯华_电磁学_第三版_第一章_静电场_129_pages
dq
dV
q
P
（点电荷！！）组成，然后利用场强叠加 原理
r
dE
E
q
dE
q
dq 4 0 r
ˆ r 2
dq dV ds dl
体电荷 密度 面电荷 密度 线电荷 密度
dq dl
dq dV
dq ds
电荷密度 一般是位 置的函数
例1
等量异号电荷的电场 电荷之间的距离为 l。
E q 4 0 r ˆ r 2
球对称！！（图示见 下页） r 从源电荷指向场点 场强方向：
两式得
正电荷受力方向
z
F q ˆ r 2 q0 4 0 r
o
j
A
y
球对称！
静电场基本 特性的原因 ！！！
x
问题 如何求 任意 带电体的场强？
方法： 电力叠加原理＋场强定义
2 0
E E E
在可视为电 偶极子时 E
ˆ r
4 r
q
2 0
ˆ r
ˆ ˆ p 3 r p r 3 4 0 r
1
推导：
E 4 r q
2 0
ˆ r
4 r
q
P
ˆ r
2 0
r
r
l
q r r E 3 3 4 0 r r
由图中
q
r
q
矢量关系
平方
2 2
l r r 2
2
l r r 2
l r r r l 4
2 2 2
l r r r l, 4
第11章静电场
第11章静电场一、库仑定律真空中和两个点电荷之间相互作用力的规律式中比例常数牛顿·米 / 库仑库仑 / 牛顿·米二、电场强度1、定义：电场中某点的电场强度的量值等于单位正电荷所受的力，电场强度的方向就是正电荷受力的方向，定义式为：式中为试验电荷，电场强度是空间坐标的单值函数。
2、场强迭加原理，电场中任一点的总场强等于各带电体在该点产生场强的矢量和：点电荷系：连续带电体：对于线电荷分布相应；面电荷分布相应体电荷分布相应三、真空中的高斯定理：在真空中的任何静电场中，通过任何闭合曲面的电通量等于这闭合曲面所包围的电荷数和的分之一。
1、式中的是闭合曲面内的电荷，而计算电通量中的场强是闭合曲面内和外的电荷所产生的合场强。
2、高斯定理是一个普遍规律，适用于真空中任何静电场，但要用高斯定理来计算场强，那么电荷分布必须要具有特定的对称性。
3、高斯定理说明了电力线起始于正电荷，终止于负电荷，即静电场是有源场。
四、电势与电势差1、静电场环流定律这说明静电场是保守场，试验电荷在任何静电场中移动时，电场力所作的功只与试验电荷的大小以及路径的起点和终点位置有关，而与路径无关。
2、电势能:电场力所作的功等于电势能的减少定义在无限远处的电势能为零时，真空中某点的电势能3、电势：电场中某点的电势等于单位正电荷放在该点处时的电势能，也就等于单位正电荷任意路径移到无限远处电场力所作的功，即4、电势差5、电势迭加原理：点电荷系电场中某点的电势等于每个点电荷单独在该点产生电势的代数和连续分布电荷系的电场中某点的电势6、场强与电势的梯度关系：某方向上的场强：如在直角坐标系中，在、、三个方向上的分量为：，，原则上讲来，电势是标量，场强是矢量，一般先计算电势再利用求偏导数的方法来求场强各个方向的分量，比直接矢量计算场强来得简便，但应注意到计算的电势必须是电势随空间坐标的函数关系，而不是特定点的电势，对特定点（如：球心、圆心等）的场强，用场强与电势的梯度关系来计算并不方便。
赵凯华电磁学及课后习题答案
电场线起始于正电荷或无穷 远，止于负电荷或无穷远
应用：直线
应用：平面
34推广
应用：球面
续41
应用：球体
比较结果
§4 电势及其梯度
静电保守力
续45
点电荷系
续47
保守力小结
环路定理
电势能
续51
点电荷例
电势
电势差
叠加原理
续56
简例
电势计算法
第一章
静电场
§1 静电场的基本现象 和基本规律
电荷守恒定律
真空库仑定律
续库仑定律
§2 电场 电场强度
第二节
电场强度
点电荷的场强
点电荷系场强
电偶极子场强
带电体的场强
带电直线场强
续16
续17
带电平面场强
带电平的场强
续19
两个常用公式
带电圆环场强
续22
带电圆环场强
带电圆盘场强
1 C
1 C1
1 C2
1 Ck
电容器的电场能
电容器的能量
电容器带电时具有能量，实验如下：
. K.
a. b
将K倒向a 端 电容充电 再将K到向b端
C
R
灯泡发出一次强的闪光!
能量从哪里来？
电容器释放。
问题：当电容器带有电量Q、相应的电压为U时， 所具有的能量W=？
电容器的电场能
W 1 Q2 2C
C的大小
(1)衡量一个实际的电容器的性能主要指标 耐压能力
(2)在电路中，一个电容器的电容量或耐压能力不够时，
可采用多个电容连接：
C1
如增大电容，可将多个电容并联：
C2
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1-2电场、电场强度
1-3高斯定理
1-4电势极其梯度
1-5静电场中的导体
1-6静电能
1-7电容和电容器
1-8电场的能量和能量密度
要求
1）基本慨念；
2）例题；
3）对应习题。
2-1磁的基本现象和基本规律
2-2毕奥-萨伐尔定律
2-3安陪环路定理与磁场高斯定理
2-5磁场对载流导线的作用
2-6带电粒子在磁场中
3）对应习题。
3-1电磁感应定律
3-2动生电动势和感生电动势
3-5互感和自感
要求
1）基本慨念；
2）例题；
3）对应习题。
4-1电介质
4-2磁介质
4-5磁介质的磁化规律
4-6电磁介质界面上的边界条件
4-7电磁能量和能量密度
要求
1）基本慨念；
2）例题；
3）对应习题。
5-4暂态过程
要求
1）基本慨念.
6-1麦克斯韦电磁场理论
要求
1）基本慨念；
2）对应习题。
6-2电磁波
6-3电磁场的能流密度
要求
1）基本慨念.
硕士研究生入学考试<<电磁学>>考试大纲
使用教材新慨念物理教程电磁学（第二版）赵凯华陈熙谋