静电学的基本规律 研究对象：相对观察者静止的电荷及其周围的电场 §1.1 物质的电结构 电荷守恒定律 电荷 摩擦起电 物体带电－一些材料经摩擦后具有吸引轻小物体的能力。 摩擦起电―经过摩擦使物体带电的过程 电荷之间的相互作用－同性相斥，异性相吸 （思考题 1.1 1.2 ） 基本粒子 电子―电量e=－1.6×10-19C， 质量m=9.11×10-31kg 质子―电量e=1.6×10-19C， 质量m=1.67×10-27kg 夸克―组成核子（质子和中子）的微粒。 电量为（－1／3）e 或（2／3）e，至今尚未观察到独立存在的夸克。 电荷的量子化－电荷具有最小单元的性质，基本属性 （习题1－7） 电荷守恒定律 内 容：任何时刻，存在于孤立系统内部的正电荷与负电荷的代数和恒定不变。 适用范围：一切宏观和微观过程，所有的惯性系，相对论不变量 原 因：电荷的量子性（不可再分割）； 电子的稳定性（不能衰变） 例如： 摩擦生电――电荷从一个物体转移到另一个物体； 感应带电――电荷从物体的一部分转移到另一部分。 正负电荷的中和。 放射性衰变过程、电子偶湮灭为光子等。 （习题1－4、1－5） 导体和绝缘体 导体－金属及酸、碱、盐溶液。内部存在大量自由电荷 绝缘体－内部无自由电荷 ―――――――――――――――――――――――――――――――――― §1.2 库仑定律 库仑定律 点电荷－本身的几何线度比它与其它带电体之间的距离小得多 库仑定律：  （点电荷2作用于点电荷1的力） 适用条件：两电荷均静止或静止电荷对运动电荷的作用力 静电力的特性： 有心力；服从平方反比定律 应用范围：10－7m<r<107m 单位 电量的单位 1C＝1A·s 比例系数k的单位  真空介电常数ε0的单位  （思考题1.3） 叠加原理 内容：任一点电荷所受到的力等于所有其它点电荷单独作用于该点电荷的库仑力的矢量和。 表达式： （思考题 1.9） 应用例题 P57 1－2 1－3 1－4 1－5 1－8 练习1：氢原子内部，质子与电子之间的静电力与万有引力的比较 练习2：原子核内质子之间的作用力  质子之间斥力很大，却能够结合在一起，是因为核内存在着更为强大的核力。 ――――――――――――――――――――――――――――― §1.3 电场和电场强度 电场和电场强度 电场－电荷产生电场，电场对处在其中的其他电荷有力作用 电场强度－  点电荷和点电荷系的场强 点电荷的场强  点电荷系的场强  （习题1－9、1－10） 任意形状带电体的电场  电场线 电场线上每一点的切线方向与该点场强方向一致，电场线的数密度与该点电场强度大小成正比。 （思考题 1.11） 应用例题 例1：电偶极子的电场： 延长线上  中垂面上  例2：无限长均匀带电直线的电场  例3：均匀带电圆环轴线上的电场  例4：无限大均匀带电平面的电场  （习题1－11、1－12、1－13、1－14、1－16、1－17） ―――――――――――――――――――――――――――――――― §1.4 电势 静电场的环路定理 电场力做功特性－与路径无关  静电场环路定理－  意义－静电场是保守场 电势差和电势 静电力做功等于静电势能增量的负值  静电场内两点间的电势差  取b点为参考点时，任一点P的电势  电势的单位 1V＝1J/C （思考题 1.12 习题1－18、1－19、1－20、1－21） 带电体的电势 点电荷的电势  点电荷系的电势  任意电荷连续分布的带电体的电势  等势面 电势梯度 等势面与电场线正交，等势面的疏密与电场的强弱对应 电场强度等于电势梯度的负值  应用：可以通过计算电势梯度求得电场强度 （思考题 1.13 1.17 1.18 习题 1－22） 应用例题 例1：电偶极子的电势和场强   例2：均匀带电圆盘对称轴上的电势  （ 思考题 1.14 1.15 ） （习题 1－22、1－23、1－24、1－25、1－27、1－28、1－29） ―――――――――――――――――――――――――――――――――― §1.5 高斯定理 电通量 通量－单位时间通过任一面积的流体的量  （思考题 1.19 1.20 1.21 习题 1－32、1－33） 高斯定理 点电荷的电场对任意闭合面的电通量  高斯定理 ： 意义：场源和场的一种联系。静电场是有源场。 注意：封闭面外的电荷对闭合面的通量无影响，对面上各点的场强有影响；间接证明库仑平方反比定律. 高斯定理的应用 例1：求均匀带电球面产生的电场   例2：求无限大均匀带电平面的电场  例3：两无限长均匀带等量异号电荷的同轴圆筒，已知电势差，求场强分布  例4：求均匀带电的球体中所挖出的空腔内的电场。  （思考题 1.23 1.24 1.25 1.26 1.28 ） （习题 1－36、1－37、1－38、1－39、1－40） ―――――――――――――――――――――――――――――――――― §1.6 静电场的基本方程式 方程的形式    意义 静电场的基本特征是有源无旋。 环路定理反映电荷之间的作用力是有心力，可以引入电势。 高斯定理反映电荷之间的作用力满足平方反比律这一事实。在具有高度对称性时，可以利用其求场强。 ―――――――――――――――――――――――――――――――――― §1.7 静电能 点电荷系的相互作用能 点电荷q在电场中的电势能为  点电荷系的相互作用能－电荷系的势能  电偶极子在电场中 电偶极子在外场中的静电能  电场对电偶极子的作用 力偶的力矩  偶极子在电场中的电势能  偶极子发生平动和转动－转动有使P取E的方向，平动时合力指向电场增大的方向。 电荷连续分布的带电体的能量  例题 例1：3个电量均为q的点电荷放在等边三角形的三个顶点上，求相互作用能。  例2：半径为R的均匀带电球体的静电能  （思考题 1.29 1.30 1.31 1.32 1.33） ――――――――――――――――――――――――――――――――――