第真空中的靜電場演示文稿

第真空中的靜電場演示文稿本文檔共59頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期二\21點33分優(yōu)選第真空中的靜電場本文檔共59頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期二\21點33分§8-1電荷庫侖定律一.電荷帶電現(xiàn)象：物體經(jīng)摩擦后對輕微物體有吸引作用的現(xiàn)象。兩種電荷：硬橡膠棒與毛皮摩擦后所帶的電荷為負電荷。玻璃棒與絲綢摩擦后所帶的電荷為正電荷。本文檔共59頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期二\21點33分電荷的基本性質(zhì)：電荷與電荷之間存在相互作用力，同種電荷相斥，異種電荷相吸。電量：物體帶電荷量的多少。n=1，2，3，…基本電荷量：電量單位：庫侖（C）本文檔共59頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期二\21點33分電荷守恒定律：在一個孤立系統(tǒng)中，無論發(fā)生了怎樣的物理過程，電荷不會創(chuàng)生，也不會消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上。二.庫侖定律

真空中兩個靜止點電荷相互作用力F的大小與這兩個點電荷所帶電量q1和q2的乘積成正比，與它們之間的距離r的平方成反比。作用力F的方向沿它們的連線方向，同號相斥，異號相吸。真空中的庫侖定律：本文檔共59頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期二\21點33分o：真空中的介電常數(shù)（真空中的電容率）本文檔共59頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期二\21點33分例1.在氫原子中，電子與質(zhì)子的距離約為5.310-11m。求它們之間的萬有引力和靜電力。解：（已知：M=1.6710-27kg,G=6.6710-11N·m2·kg-2，m=9.1110-31kg）本文檔共59頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期二\21點33分三.電場電場強度電場：電荷周圍存在著的一種特殊物質(zhì)。靜電場：

靜止電荷所產(chǎn)生的電場電荷電荷電場本文檔共59頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期二\21點33分試驗電荷：（1）點電荷；（2）電量足夠小電場中各處的力學(xué)性質(zhì)不同。結(jié)論：1、在電場的不同點上放同樣的試驗電荷q02、在電場的同一點上放不同的試驗電荷F3F1F2結(jié)論：Q本文檔共59頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期二\21點33分電場強度定義：單位：N·C-11.電場強度的大小為F/q0。2.電場強度的方向為正電荷在該處所受電場力的方向。本文檔共59頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期二\21點33分四.電場強度的計算1．點電荷電場中的電場強度+-本文檔共59頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期二\21點33分2、點電荷系電場中的電場強度電場強度疊加原理：點電荷系電場中某點的電場強度等于各點電荷單獨存在時在該點電場強度的矢量和。本文檔共59頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期二\21點33分各點電荷的電場強度：……點電荷系的電場強度：本文檔共59頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期二\21點33分3．連續(xù)分布電荷電場中的電場強度電荷元dq在P點的場強：帶電體在P點的場強：線電荷：面電荷：體電荷：本文檔共59頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期二\21點33分4、電偶極子電偶極子：大小相等，符號相反且存在一微小間距的兩個點電荷構(gòu)成的復(fù)合體。電偶極矩：電偶極子是個很重要的物理模型，在研究電極化，電磁波的發(fā)射和接收都會用到。-qq本文檔共59頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期二\21點33分-qqlr例2.

計算在電偶極子延長線上任一點A的場強。解：E+E-Aro本文檔共59頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期二\21點33分例3.計算電偶極子中垂線上任一點B的場強。-qqlrBEBE+E-解：因為r>>l所以本文檔共59頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期二\21點33分ayx12oP例4.真空中有均勻帶電直線，長為L，總電量為Q。線外有一點P，離開直線的垂直距離為a，P點和直線兩端連線的夾角分別為1和2。求P點的場強。（設(shè)電荷線密度為）dxx解：電荷元：dq=dxdEdExdEyr本文檔共59頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期二\21點33分本文檔共59頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期二\21點33分無限長帶電直線：1

=

0，2

=

本文檔共59頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期二\21點33分例5.電荷q均勻地分布在一半徑為R的圓環(huán)上。計算在圓環(huán)的軸線上任一給定點P的場強。解：xPxRrdE本文檔共59頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期二\21點33分例6.

均勻帶電圓板，半徑為R，電荷面密度為。求軸線上任一點P的電場強度。rdr解：利用帶電圓環(huán)場強公式RPxdE本文檔共59頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期二\21點33分無限大帶電平板的電場強度：時當(dāng)考察點很接近帶電平面時（x<<R），可以把帶電平面近似看作無限大來處理。本文檔共59頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期二\21點33分§8-2高斯定理及應(yīng)用1、曲線上每一點的切線方向表示該點處電場強度的方向。一.電場線電場線：描述電場分布情況的曲線。2、垂直通過單位面積的電場線條數(shù)，在數(shù)值上就等于該點處電場強度的大小。即：曲線的疏密表示該點處電場強度的大小。本文檔共59頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期二\21點33分幾種常見的電場線：靜電場中電場線的特點：3、電場線密集處電場強，電場線稀疏處電場弱。1、電場線起始于正電荷，終止于負電荷。2、電場線不閉合，不相交。本文檔共59頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期二\21點33分二.電通量電場強度通量（電通量）e：通過電場中任一曲面的電場線條數(shù)。1、均勻電場中通過平面S的電通量S本文檔共59頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期二\21點33分2、非均勻電場的電通量對閉合曲面的電通量：規(guī)定：外法線方向為正當(dāng)<90°時Φe>

0

：電場線穿出閉合曲面。當(dāng)>90°時Φe<

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：電場線穿進閉合曲面。當(dāng)=90°時Φe=

0

：電場線與曲面相切。本文檔共59頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期二\21點33分三.靜電場高斯定理真空中的高斯定理：在真空中，通過任一閉合曲面的電場強度通量等于該曲面所包圍的所有電荷的代數(shù)和的1/o倍。表示高斯面內(nèi)包含電荷的代數(shù)和。本文檔共59頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期二\21點33分+1、點電荷在球形高斯面的圓心處dSE驗證高斯定理：本文檔共59頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期二\21點33分2、點電荷在任意形狀的高斯面內(nèi)

通過球面S的電場線也必通過任意曲面S‘

，即它們的電通量相等，為q/o+本文檔共59頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期二\21點33分3、電荷q在閉合曲面以外

穿進曲面的電場線條數(shù)等于穿出曲面的電場線條數(shù)。+對于點電荷系，有：本文檔共59頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期二\21點33分注意：

閉合面外的電荷對通過閉合面的電場強度通量沒有貢獻，但是對閉合面上各點的電場強度是有貢獻的，即，閉合面上各點的電場強度是由閉合面內(nèi)、外所有電荷共同激發(fā)的。

高斯定理將靜電場與場源電荷聯(lián)系了起來，揭示了靜電場是有源場這一普遍性質(zhì)。本文檔共59頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期二\21點33分四.高斯定理的應(yīng)用高斯定理的一個重要應(yīng)用就是計算電場強度。高斯定理計算場強的條件：帶電體的電場強度分布要具有高度的對稱性。⑴高斯面上的電場強度大小處處相等；⑵面積元dS的法線方向與該處的電場強度E的方向一致。本文檔共59頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期二\21點33分用高斯定理計算電場強度的步驟：從電荷分布的對稱性來分析電場強度的對稱性，判定電場強度的方向。2.根據(jù)電場強度的對稱性特點，作相應(yīng)的高斯面（通常為球面、圓柱面等），使高斯面上各點的電場強度大小相等。3.確定高斯面內(nèi)所包圍的電荷之代數(shù)和。4.根據(jù)高斯定理計算出電場強度大小。本文檔共59頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期二\21點33分本文檔共59頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期二\21點33分例7.求均勻帶電球體的場強分布。（已知球體半徑為R，帶電量為q，電荷密度為）R解：（1）球外某點的場強r(r≥R)本文檔共59頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期二\21點33分（2）求球體內(nèi)一點的場強（r<R）rERrroR本文檔共59頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期二\21點33分例8.求均勻帶電球面的場強分布。（已知球體半徑為R，帶電量為q）R(r≥R)（r<R）本文檔共59頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期二\21點33分例9.求無限長帶電直線的場強分布。（已知線電荷密度為）解：rhE本文檔共59頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期二\21點33分例10.

計算無限大均勻帶電平面的場強分布。（電荷密度為）解：EE本文檔共59頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期二\21點33分例11.計算兩無限大均勻帶異號電荷平面的場強分布。-+BA解：EAEB平面之間：平面之外：兩平面外側(cè)：本文檔共59頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期二\21點33分baq§8.3靜電場的環(huán)路定理電勢一.靜電場的環(huán)路定理本文檔共59頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期二\21點33分結(jié)論：給定試驗電荷在靜電場中移動時，電場力所作的功只與試驗電荷的起點和終點的位置有關(guān)，而與路徑無關(guān)。即電場力是保守力，靜電場是保守場（無旋場）。靜電場中電場強度的環(huán)流為零。保守力作功的特點：靜電場的環(huán)路定理：本文檔共59頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期二\21點33分保守力作功等于勢能的減少結(jié)論：試驗電荷qo在空間某處的電勢能在數(shù)值上就等于將qo從該處移至勢能零點，電場力所做的功。二.電勢能baFqo空間a點的電勢能：空間b點的電勢能：本文檔共59頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期二\21點33分注意：(1)電勢能的零點原則上可以任意選取，但是在習(xí)慣上，當(dāng)場源電荷為有限帶電體時，通常把電勢能的零點選取在無窮遠處。(2)電勢能為電場和位于電場中的電荷這個系統(tǒng)所共有。(3)電勢能是標(biāo)量，可正可負。本文檔共59頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期二\21點33分定義：結(jié)論：電場中a點的電勢，在數(shù)值上等于將單位正電荷從a點移至勢能零點，電場力所做的功。三.電勢和電勢差單位：伏特（=）本文檔共59頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期二\21點33分電勢差：結(jié)論：靜電場中a,b兩點的電勢差，等于將單位正電荷從a點移至b點，電場力所做的功。本文檔共59頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期二\21點33分四.電勢的計算1．點電荷電場中的電勢正電荷激發(fā)的電場中，各點的電勢為正；負電荷激發(fā)的電場中，各點的電勢為負。本文檔共59頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期二\21點33分2.點電荷系電場中的電勢本文檔共59頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期二\21點33分

點電荷系電場中任一點的電勢，等于各個點電荷單獨存在時在該點處的電勢之代數(shù)和。

3.電勢疊加原理：

（1）點電荷系在空間某一點的電勢

（2）電荷連續(xù)分布帶電體在空間某一點的電勢本文檔共59頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期二\21點33分例11.

半徑為R的均勻帶電球體，帶電量為q。求空間電勢分布。解：Rqr本文檔共59頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期二\21點33分Rq本文檔共59頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期二\21點33分推論：（1）帶電球體圓心處電勢：（2）帶電球體表面處處電勢：本文檔共59頁；當(dāng)前第53頁；編輯于星期二\21點33分例12.

半徑為R的均勻帶電球面，帶電量為q。求空間電勢分布。解：Rqr本文檔共59頁；當(dāng)前第54頁；編輯于星期二\21點33分Rq本文檔共59頁；當(dāng)前第55頁；編輯于星期二\21點33分推論：（1）帶電球面圓心處電勢：（2）帶電球面表面