2.电场、电场线o电场电场 n库仑定律给出了两个点电荷相互作用的定量关系库仑定律给出了两个点电荷相互作用的定量关系n问题：相互作用是如何传递的？问题：相互作用是如何传递的？ 电荷电荷 直接、瞬时直接、瞬时 电荷 超距作用超距作用 电荷电荷 电荷电荷 传递需要时间传递需要时间 近距作用近距作用 近代物理证明近代物理证明电场传递相互作用电场传递相互作用7/25/20241电场线定义：电场线定义：o如果在电场中作出许多曲线，使这些曲线如果在电场中作出许多曲线，使这些曲线上每一点的上每一点的切线方向切线方向和该点和该点场强方向场强方向一致，一致，那么所有这样作出来的曲线，叫做电场的那么所有这样作出来的曲线，叫做电场的电场线。电场线。电场线切线方向电场线切线方向场强方向场强方向7/25/20242“场场”概念的起源概念的起源o法拉第法拉第在长期研究电磁感应现象时，独树一帜的提出：在长期研究电磁感应现象时，独树一帜的提出：（1）电和磁的作用不可能没有中介地从一个物体传到另）电和磁的作用不可能没有中介地从一个物体传到另一个物体，而是通过处于中间的一个物体，而是通过处于中间的介质传送介质传送的；的；（2）为解释电磁感应现象的）为解释电磁感应现象的“电紧张态电紧张态”概念，他认为概念，他认为正向的或反向的感生电流会在螺线管或导体移近或离开正向的或反向的感生电流会在螺线管或导体移近或离开磁铁的所有那些情况中持续产生，因为在那段时间内，磁铁的所有那些情况中持续产生，因为在那段时间内，电紧张态升到较高或降到较低的程度；电紧张态升到较高或降到较低的程度；（3）因为只用一根磁棒和少量铁屑，就可以在硬纸板上）因为只用一根磁棒和少量铁屑，就可以在硬纸板上把把磁力线磁力线清晰地显示出来，他深信磁力线的真实性；清晰地显示出来，他深信磁力线的真实性；（4）他认为电场中的介质被极化，极化粒子一个接一个）他认为电场中的介质被极化，极化粒子一个接一个地排列成感应力线，地排列成感应力线，电的作用就是沿感应力线传递的电的作用就是沿感应力线传递的；（5）电荷间的作用力除与电量及距离有关外，由于极化）电荷间的作用力除与电量及距离有关外，由于极化的影响，还与中间的介质有关的影响，还与中间的介质有关 7/25/20243o在在电学实验研究电学实验研究中，法拉第曾概述地提出中，法拉第曾概述地提出“力线力线”的根据是：的根据是：（1）数学家证实这种力线的大小方向正确；）数学家证实这种力线的大小方向正确；（2）很多事例证明运用力线成功；）很多事例证明运用力线成功；（3）能概括磁体、电源的动态与静态；）能概括磁体、电源的动态与静态；（4）欧拉的证明；）欧拉的证明；（5）牛顿概念的困难；）牛顿概念的困难；（6）光的）光的微粒论微粒论与与波动论波动论之间的斗争及实验事例之间的斗争及实验事例o法拉第把人们的注意力由电荷、磁体以及它们之间的相法拉第把人们的注意力由电荷、磁体以及它们之间的相互作用引向空间，空间中的场电场、磁场，而电磁场互作用引向空间，空间中的场电场、磁场，而电磁场最直观的描述就是电磁场线。最直观的描述就是电磁场线。 7/25/20244电磁场概念的建立电磁场概念的建立o麦克斯韦在自己的理论中提出能量定域在电磁场中，从麦克斯韦在自己的理论中提出能量定域在电磁场中，从而赋予场以最为重要的实在性而赋予场以最为重要的实在性 能量能量 o1899年俄国物理学家列别捷夫证明了电磁场理论所预年俄国物理学家列别捷夫证明了电磁场理论所预言的光压的存在，这表明电磁场也具有言的光压的存在，这表明电磁场也具有动量动量o再联系到汤姆孙提出的电磁再联系到汤姆孙提出的电磁质量质量的概念，那么场的物质的概念，那么场的物质性的重要属性性的重要属性质量、动量、能量业已齐备质量、动量、能量业已齐备“在一在一个现代的物理学家看来，电磁场正和他所坐的椅子一样个现代的物理学家看来，电磁场正和他所坐的椅子一样地实在地实在” o从法拉第到麦克斯韦，场的概念经过一番奋斗终于在物从法拉第到麦克斯韦，场的概念经过一番奋斗终于在物理学中取得了它的地位理学中取得了它的地位 7/25/20245场论的一些基本概念和思想场论的一些基本概念和思想o爱因斯坦爱因斯坦在在狭义相对论狭义相对论中否定中否定以太以太的存在，但的存在，但广义相对论广义相对论的建立体现了爱因斯坦思想的明显的建立体现了爱因斯坦思想的明显改变。他指出：广义相对论改变。他指出：广义相对论“是一种是一种场论场论”，爱因斯坦甚至试图把各种场统一起来，形成一爱因斯坦甚至试图把各种场统一起来，形成一种完美无瑕的理论。种完美无瑕的理论。o场是物质存在的一种基本形式场是物质存在的一种基本形式。7/25/20246电场的性质电场的性质o任何电荷都在自己周围激发电场；任何电荷都在自己周围激发电场；电场对处电场对处于其中的任何带电体都有作用力（电场力）于其中的任何带电体都有作用力（电场力）o电磁场与实物一样，具有质量、动量和能量，电磁场与实物一样，具有质量、动量和能量，服从一定的运动规律，可以脱离电荷和电流服从一定的运动规律，可以脱离电荷和电流单独存在，也是物质的一种形式。单独存在，也是物质的一种形式。o电磁场是矢量场。电磁场是矢量场。7/25/20247电场强度矢量o在Q的场中电荷q所受的力的大小为： n引入试探电荷引入试探电荷q ：n几何线度充分小几何线度充分小点电荷点电荷确定空间确定空间各点的电场性质各点的电场性质n电量充分小电量充分小小到什么程度小到什么程度？基本基本上不影响（改变）原场的分布上不影响（改变）原场的分布 7/25/20248电场强度定义o从F的大小中扣除q可得 n单位单位 牛顿牛顿/库仑库仑 NC-1 I-1LMT-1 7/25/202491. 点电荷点电荷Q激发的激发的电场中各点的电场强度电场中各点的电场强度电荷电荷q 在电场中受力在电场中受力:电场强度定义：电场强度定义：“源源”点电荷点电荷场点场点Q PrE（相对观测者静止）（相对观测者静止）7/25/202410o点电荷场的分布特点：点电荷场的分布特点：n方向处处沿以点电荷为中心的失径（正电荷）或其反方方向处处沿以点电荷为中心的失径（正电荷）或其反方向（负电荷）向（负电荷）n大小只与场点到源点的距离（大小只与场点到源点的距离（r）有关，在以点电荷为中）有关，在以点电荷为中心的每个球面上场强的大小相等心的每个球面上场强的大小相等n17/25/202411电场强度的绘制：电场强度的绘制：q2q1rq2q1r7/25/2024127/25/202413电场线解析方程求解：电场线解析方程求解：电场线切线方向电场线切线方向场强方向场强方向7/25/2024147/25/202415场强叠加原理 o实际就是力的叠加原理 n点电荷组在空间某点产生的电场等于各点电荷单独存在时在该点产生的场的矢量和。 为点电荷系中的第为点电荷系中的第i个电荷个电荷单独存在时单独存在时在场点的电场强度。在场点的电场强度。7/25/202416q1qiq2EEi Pri 点电荷点电荷qi 的场强：的场强：由叠加原理，由叠加原理，点电荷系的点电荷系的总场总场强：强：2. 点电荷系的场强点电荷系的场强点电荷系点电荷系 叠加法求场强叠加法求场强7/25/202417例例 求电偶极子产生的电场强度。求电偶极子产生的电场强度。7/25/202418（1）延长线上）延长线上 l R,则（则（x2+R2)3/2 x3，在远离圆环的地方，可以把带电圆环看成点电荷。在远离圆环的地方，可以把带电圆环看成点电荷。7/25/202444 (3) 由由dEx/dx=0可求得电场强度极大值的位置，故有可求得电场强度极大值的位置，故有(2) 若若 x 0，E 0，这表明环心处的电场强度为这表明环心处的电场强度为零。零。得得 表明，圆环轴线上具有最大的电场强度的位置，位表明，圆环轴线上具有最大的电场强度的位置，位于点于点O两侧的两侧的7/25/202445下图是带电圆环轴线上下图是带电圆环轴线上Ex的分布曲线。的分布曲线。EOx7/25/202446例例 求半径为求半径为R ，面电荷密度为面电荷密度为 的均匀带电圆盘的均匀带电圆盘轴线上任一点的场强。轴线上任一点的场强。解：解：1 1）取环形微元电荷）取环形微元电荷2 2）对称性分析：电场只沿）对称性分析：电场只沿x x 轴方向轴方向3）.求积分求积分7/25/202447讨讨 论论: :1)成为成为无限大带电平板无限大带电平板成为点电荷的电场成为点电荷的电场2）7/25/202448o思考：n正方形带电线框中垂线上一点的场强？n长方形带电板中垂线上一点的场强？7/25/2024492.6 带电体在电场中受的力及其运动 o自学 o属于电学中的受力问题o要求：会计算n电荷在电场中受力 n点电荷系在电场中所受的力和力矩n电偶极子在匀强电场中所受的力矩公式：电偶极子在匀强电场中所受的力矩公式： 7/25/202450本节完本节完作业：作业：P89 9、10、11、127/25/202451