大学物理51 电荷的量子化 电荷守恒定律
大学物理第九章静电场PPT课件
1 a2 L22
L1
a2 L12
1
a2 L12
(1)中垂线上， E y 0
(2)
L1 , L2 a ,
Ex
(L1 L2 4 0a 2
)
;
Ey 0
(3)
L1 , L2 a ,
Ex
;
20a
Ey 0
例3:求均匀带电圆环轴线上任一点的场强
dl
解： dq dl R
r
dE
1 4 0
第九章
主要内容：
一个定律、两个定理、两个基本物理量
具体要求：
1、掌握场强和电势的概念及叠加原理;掌 握场强和电势的积分关系,了解其微分 关系;能计算简单问题的场强和电势。
2、理解静电场高斯定理和环路定理,掌握 用高斯定理计算场强的条件和方法。
9-1 电荷的量子化 电荷守恒定律
一、电荷的量子化
Q ne e 1.602 1019C
3、但电不场强是度力反映电荷F力学方qE面 的性质， 4、电场强 度满足矢量叠加原理。
E E1 E2
9-4 电场强度的计算
一、点电荷的电场强度
由库仑定律及电场强度的定义
+Q
-Q
E
F q0
1 4 0
Q r2
r0
二、点电荷系：按叠加原理
E E1 E2 En
n i1
1 40
Qi ri2
ri0
三、电荷连续分布的带电体
取电荷元dq，由点电荷的场强
公式对各电荷元的场强求矢量和(即
求积分):
E dE
v
rˆ
4
0
0r
2
dq
说 明：
E=
《大学物理》课程标准
《普通物理》课程标准1. 课程基本信息课程代码：课程归口：电子信息工程技术专业适用专业：电子信息工程技术学时数：64学分：4先修课程：高等数学2. 课程性质与地位大学物理是高等院校非物理类理工科各专业学生一门重要的通识性必修基础课。
物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用的自然科学。
它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于生产技术的许多部门，是其他自然科学和工程技术的基础。
课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分，是一个科学工作者和工程技术人员所必备的。
该课程在培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。
3.课程的内容与要求第一部分力学.第1章质点运动学1.1质点运动的描述1.2加速度为恒矢量时的质点运动1.3圆周运动1.4相对运动基本要求：1.深入地理解质点、位移、速度和加速度等重要概念，深入理解质点的运动。
2.分析加速度为恒矢量时的质点运动方程。
3.明确圆周运动中角位移、角速度、切向加速度、法向加速度的关系。
重点与难点:1.加速度为恒矢量时质点运动方程的描写。
2.质点圆周运动的分析。
第2章动力学基本定律2.1牛顿定律2.2物理量的单位和量纲2.3几种常见的力2.4惯性参考系力学相对性原理2.5质点和质点系的动量定理2.6动量守恒定律2.7动能定理2.8保守力与非保守力势能2.9功能原理机械能守恒定律2.10完全弹性碰撞完全非弹性碰撞2.11能量守恒定律基本要求：1.清晰的理解牛顿第一定律、牛顿第二定律和牛顿第三定律。
2.熟练掌握几种常见力。
3.掌握物理量的单位和量纲。
4.理解惯性参考系和力学相对性原理,能列举出牛顿定律应用的例子。
5.掌握质点和质点系的动量定理。
6.熟练掌握动量守恒定律和动能定理。
7.掌握功能原理和机械能守恒定律。
8.清晰分辩出完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞重点与难点:1.牛顿三定律的应用。
2.参考系的选择。
电荷的量子化电荷守恒定律
目录
• 电荷的量子化 • 电荷守恒定律 • 电荷量子化的实验验证 • 电荷守恒定律的实验验证 • 电荷量子化与电荷守恒定律的应用
01
电荷的量子化
定义与特性
定义
电荷的电荷。
特性
电荷的量子化特性导致了电子在 原子中的存在状态和行为，是理 解量子力学和原子结构的关键。
实验原理
基于量子力学和电磁学的基本原理，通过精确控 制实验条件和测量方法，对带电粒子的电荷量和 电荷分布进行测量和计算。
实验装置
包括粒子源、电场和磁场发生器、探测器和数据 采集系统等，用于产生和控制带电粒子，并测量 其电荷量和电荷分布。
实验结果与分析
实验数据
通过实验测量得到带电粒子的电荷量和电荷分布数据，包 括粒子在电场和磁场中的运动轨迹、能量损失和散射角度 等。
在其他领域的应用
量子电动力学
在量子电动力学中，电荷的量子化和电荷守 恒定律是构建理论框架的基础。这一理论对 于理解光子与电子之间的相互作用以及电磁 场的量子性质具有重要意义。
凝聚态物理
在凝聚态物理中，电荷的量子化和电荷守恒 定律对于理解电子的行为和传输以及材料的 电学性质具有指导意义。此外，在化学反应 中，电荷的量子化和电荷守恒定律也是研究 分子间相互作用和化学键合的重要工具。
意义三
电荷守恒定律对于理解物质的基本组成和相互作用机制具有重要意 义，它是粒子物理学和核物理学等领域的基础。
定律的证明与应用
证明
电荷守恒定律可以通过实验和观测得到验证，例如通过测量带电粒子的电量和荷质比等参数来验证电荷守恒定律 的正确性。
应用
电荷守恒定律在许多领域都有广泛的应用，如电子学、电磁学、光学、原子物理学和粒子物理学等。在电子学中， 电荷守恒定律是电路分析和设计的基础；在电磁学中，电荷守恒定律是电磁场理论和电磁波传播的基础；在光学 中，电荷守恒定律是光电子学和光子学等领域的基础。
5-1库仑定律
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。
电荷守恒定侓
电荷守恒定侓电荷守恒定律是物理学中最重要的定律之一，它指出了电荷在物理过程中是守恒的。
这种定律可以用来解释物理过程中电荷的变化，也可以用来计算电荷在这些过程中的变化。
电荷守恒定律是研究物理过程的基础，并且在电磁学，装置，量子物理学等领域中得到广泛应用。
该定律最初被认为是由查尔斯达尔文（Charles Darwin）提出的，但他只是发现了它而不是发明了它，真正发明它的是爱因斯坦（Albert Einstein）。
在他的《相对论》中，他认为电荷是守恒的，而不是物质的。
他的理论表明，电荷守恒定律不仅仅适用于电磁学，而且也适用于量子力学。
在量子力学中，电荷守恒定例被使用来解释粒子之间的反作用。
由于量子力场存在，粒子之间具有反作用，这就是为什么粒子不会无限制地分解的原因。
电荷守恒定例表明，物质只能增加或减少，而不能完全消失或完全创造。
这个定例也提供了一种解释，即在任何物质的变化中，电荷数量都必须保持不变。
电荷守恒定例也可以用来解释绝缘体的物理行为。
它表明，绝缘体中的电荷不会被排除，而是在绝缘体内部游走，但不会改变绝缘体外部电荷的总和。
这个定律也可以被用来解释量子力学中的能量守恒定律。
就是说，能量在量子力学过程中也是守恒的。
此外，电荷守恒定律还可以被应用到电子学中。
例如，可以通过电荷守恒定律解释电子传输的实际情况。
它可以用来计算信号从一端传输到另一端的时间，以及信号中的损耗。
它还可以用来解释电子设备的电荷传输，以及电流流动的方式和数量。
电荷守恒定律是物理学中最重要的定律之一，它解释了电荷在物理过程中是守恒的。
该定律被广泛应用于电磁学，量子物理学，电子学和其他领域，为研究物理过程提供了重要的理论指导。
电荷守恒定律暗示着一个重要的哲学观点，即物质是有限的，并且在过程中不会消失或创造出来。
电磁学 全套课件
2、计算
S
均匀电场中，平面 S 的电通量
S与电场强度垂直 e E S
S的法向与电场强度成 角
e E S E S cos E S
S
n
S
非均匀电场中，任意曲面 S 的电通量
在S上任取一小面元dS
de
E
dS
e
S de
当 qi 0 ，e>0，多数电场线从正电荷发出并穿出高斯面，
反之则多数电场线穿入高斯面并终止于负电荷
电场线是不闭合的曲线
----静电场是“有源场 ”
穿过高斯面的电通量只与高斯面内的电荷有关
高斯面上的电场强度与高斯面内外电荷都有关
高斯定理也适用于变化的电场
四、高斯定理应用举例
高斯定理可以用于求解具有高度对称性的带电体系所产生的电 场的场强。
超距的观点: 电荷
电荷
电场的观点: 电荷
场
电荷
近代物理的观点认为：凡是有电荷存在的地方，其周围空间便存 在电场
q1
q2
静电场的主要表现: 力：放入电场中的任何带电体都要受到电场所作用的力---电场力 功：带电体在电场中移动时，电场力对它做功 感应和极化：电场中的导体或介质将分别产生静电感应现象或极化
dx θ1＝ π -θ2
L q
E
j
j
4 0a 2 4 0a 2
例2、半径为R的均匀带电细圆环，电量为q。求圆环轴线上任 一点的场强。
dE dE
0
R
x
P
r
dEx x
讨论： x>>R时
x =0时
dl
大学物理期终小结
43
3.劈尖 单色光垂直照射 劈尖
①
②
n
2ndk 2 (2k 1) 2
k
( k 1,2) 加强
( k 0,1,2) 减弱
44
•条纹间距
l 2n
•测量微小物体厚度
L d 2nl
n
d
L
45
4.牛顿环 •明环半径
2.静电场中的环路定理
q
0
L E dl 0
7
无限大带电平面，面电荷密度为 ，求平 面附近某点的电场强度。 解：作底面积为 S ， 高为 h 的闭合圆柱面，
q S
S EdS cos
q
E
E
左底 侧 右底
0
S
r
r
侧 0 EdS, cos 0
b 0 a
5.电场力的功 W q E dl 6. 电势能
EP q0V
EP V 7.电势 a E dl q0 b 8.电势差 U ab Va Vb a E dl
3
三、两个重要的物理量的计算
I.电场强度计算方法
1.由点电荷电电场 E
n
qi 0 E Ei 2 ri 4 0 ri i 1
T u 0 .4 0 .4 ( s )
O
P
0 .2 1 .0
1 .8
x( m )
0 .1
2 T 5 ( rad s )
x 波动方程为: A cos t u
33
t 0.1( s ); t 0.1(s);
电荷的量子化 电荷守恒定律
dq dl
1 dl dE 4 πε0 r 2
l
由于 E dE 0
故 E dEx dE cosθ
dl x 2 4 πε 0 r r λx 2 π R dl 3 0 4πε0 r
l l
dl
r
R
qx 4πε0 ( x 2 R 2 )3 2
r
体电荷分布 面电荷分布
dq dV dq dq ds ds
dE dq dV
ds
线电荷分布
dq dq dl dl
第五章 静电场
dl
17
物理 (工)
[例题5-2] 求电偶极子中垂线上任一点及延长线 上任一点的电场强度。
补充
电偶极子是一种非 常重要的物理模型
物理 (工)
[例5-3] 求无限长均匀带电直线的电场分布。
解：在坐标 y 处取一个 电荷元dq dq dy
y
dy
电荷线密度为
dq ˆ EP r 2 Q 4 0 r
y
r
o
P
x
.
dy ( x i y j ) 4 0 ( x 2 y2 )3 / 2 dy xi 4 0 ( x 2 y2 )3 / 2
物理 (工)
5.1电荷和库仑定律
1） 单位制有理化
说明
1 令 k （ 0 为真空电容率） 4π 0 1 0 8.8542 10 12 C 2 N 1 m 2 4π k 8.85421012 F m1
F12
1 q1q2 e12 F21 2 4π 0 r 12
二 库仑定律 点电荷模型 （d
1
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第六版
第五章 静电场
2
物理学
5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律
第六版
二 电荷守恒定律
不管系统中的电荷如何迁移，系统的 电荷的代数和保持不变.
（自然界的基本守恒定律之一）
第五章 静电场
3
物理学 第六版
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本章目录
5-0 教学基本要求
5-1 电荷量子化 电荷守恒定律 5-2 库仑定律
5-3 电场强度
5-4 电场强度通量 高斯定理
*5-5 密立根测定电子电荷的实验
第五章 静电场
4
物理学
5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律
第六版
一 电荷的量子化
1 种类: 正电荷，负电荷 2 性质: 同种相斥，异种相吸 3 单位: 库仑（C） 4 电荷的量子化:
q ne (n 1,2,3,) e 1.6021019 C
第五章 静电场1来自物理学5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律