《恒定電場》課件

恒定電場靜電場是電荷處于靜止狀態(tài)時產(chǎn)生的電場。電場強度是描述電場強弱和方向的物理量。目錄電場的定義與性質(zhì)電場的定義電場的性質(zhì)電場的表示方法電荷的基本定律庫侖定律電荷量的保守性電場強度電場強度的定義計算電場強度的公式均勻電場和非均勻電場電通量和高斯定理電通量的定義高斯定理及其應(yīng)用高斯面的選擇電場的定義與性質(zhì)電場是存在于電荷周圍的空間，電荷之間通過電場相互作用。電場是物質(zhì)的一種特殊形式，它具有獨特的性質(zhì)，例如方向性、強度和能量。1.1電場的定義概念電場是由電荷產(chǎn)生的空間，存在于電荷周圍。影響電場會對其他電荷產(chǎn)生力的作用，即電場力。描述電場可以用電場強度來描述，它表示電場力的強弱。1.2電場的基本性質(zhì)11.電場力電場對帶電物體產(chǎn)生力的作用，稱為電場力。22.電場力的方向電場力方向與電場強度方向相同，正電荷受到的電場力方向與電場強度方向相同，負電荷受到的電場力方向與電場強度方向相反。33.電場力的作用電場力是電荷之間相互作用力的表現(xiàn)形式，是電磁力的一個重要表現(xiàn)形式。44.電場力的作用距離電場力的作用距離遠大于分子之間的作用距離，因此電場力的作用可以影響到距離較遠的物體。1.3電場的表示方法電場線電場線是用來形象地描述電場的一種方法。電場線是假想的曲線，它在空間中每一點的切線方向都與該點的電場強度方向一致。電場線從正電荷出發(fā)，終止于負電荷，或者延伸到無窮遠處。等勢面等勢面是空間中電勢相等的點所組成的曲面。在靜電場中，等勢面與電場線垂直。電場線方向指向電勢降低的方向。2.電荷的基本定律電荷的基本定律是描述靜止電荷之間相互作用規(guī)律的物理定律。這些定律是建立電磁理論的基礎(chǔ)，也是理解電場、電勢等概念的關(guān)鍵。2.1庫侖定律庫侖定律描述兩個點電荷之間的相互作用力與它們電荷量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。靜電力的方向同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。靜電力沿連接兩個電荷的直線方向作用。實驗驗證庫侖定律可以通過實驗驗證，例如使用扭秤來測量兩個帶電物體之間的靜電力。2.2電荷量的保守性電荷轉(zhuǎn)移在一個封閉的系統(tǒng)中，電荷的總量保持不變。電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，但總電荷量保持相同。電荷守恒電荷不能憑空產(chǎn)生或消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。電荷守恒定律是物理學中的基本定律之一。電荷守恒的應(yīng)用電荷守恒定律解釋了靜電現(xiàn)象，例如摩擦起電和靜電感應(yīng)。3.電場強度電場強度是描述電場強弱和方向的物理量，反映了電場對放入其中的電荷的作用力大小。電場強度的方向是指正電荷在電場中所受力的方向。3.1電場強度的定義1場強力的概念電場強度是用來描述電場強弱的物理量。2點電荷的場強點電荷產(chǎn)生的電場強度與點電荷的電量成正比，與距離點電荷的距離平方成反比。3場強力的方向電場強度方向與正電荷在該點所受的電場力方向相同。4單位電場強度的單位是牛頓每庫侖(N/C)。3.2計算電場強度的公式點電荷的電場強度E=kQ/r2電偶極子的電場強度E=(1/4πε?)*(p/r3)均勻帶電球體的電場強度E=kQ/r2(r≥R)3.3均勻電場和非均勻電場均勻電場電場強度在空間各處都相同非均勻電場電場強度在空間各處不同電通量和高斯定理電通量是電場線穿過某一面積的多少，它描述了電場穿透該面積的程度。高斯定理是電場理論中一個重要的定理，它揭示了電場強度與電荷分布之間的關(guān)系。4.1電通量的定義概念電通量反映了電場線穿過的面積大小，體現(xiàn)了電場的強度和分布情況。公式電通量的大小等于電場強度與穿過該面的面積的乘積，單位為牛頓米平方每庫侖。4.2高斯定理及其應(yīng)用高斯定理的應(yīng)用高斯定理是電磁學中一個重要的定理。它建立了電場和電荷分布之間的關(guān)系。計算電場強度通過高斯定理，我們可以計算出對稱電荷分布產(chǎn)生的電場強度。分析電場分布高斯定理可以幫助我們分析和理解電場在不同形狀的電荷分布中的分布規(guī)律。電荷守恒定律高斯定理與電荷守恒定律相輔相成，是理解電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)。4.3高斯面的選擇形狀高斯面形狀要與對稱性相匹配，便于計算電通量。位置高斯面要包含需要計算的電荷，確保電場穿過高斯面。方向高斯面與電場方向一致，方便計算電通量。5.等電位面和電勢電勢面是電場中電勢相等的點所組成的面，電勢是描述電場能量的一種物理量，它與電場力做功有關(guān)。5.1等電位面的定義11.等電位面是指電場中所有電勢相等的點所構(gòu)成的面。22.電場力在等電位面上，電場力做功為零。33.電勢差等電位面上任意兩點之間的電勢差為零。44.電場線電場線總是垂直于等電位面。5.2電勢的定義和計算電勢是描述電場能的物理量，表示單位正電荷在電場中從某點移動到參考點所做的功。電勢通常以伏特(V)為單位，參考點一般選擇無窮遠處或接地。V電勢電勢是指單位正電荷在電場中從某點移動到參考點所做的功W功電勢能的變化量q電荷單位正電荷5.3等電位面和電場強度的關(guān)系垂直關(guān)系等電位面與電場線相互垂直。這意味著，沿著等電位面移動不會改變電勢，因此電場力也不會做功。電場強度大小電場強度的大小與等電位面之間的距離成反比。等電位面之間的距離越小，電場強度越大，反之亦然。電場方向電場線總是從高電勢指向低電勢，因此電場方向與等電位面法線方向一致。6.電勢能電勢能是電場中電荷所具有的能量。它描述了電荷在電場中由于電場力做功而具有的能量，反映了電荷在電場中的位置能量。6.1電勢能的概念定義電勢能是指電荷在電場中具有的能量。電勢能的大小與電荷的電荷量和電場強度成正比，與電荷在電場中的位置有關(guān)。舉例例如，一個帶正電的電荷在另一個帶正電的電荷周圍的電場中，它將具有正的電勢能。如果這兩個電荷相互吸引，則電荷的電勢能將為負。6.2電勢能的計算電勢能是指電荷在電場中由于其位置而具有的能量。電勢能的大小取決于電荷的電荷量、電場強度和電荷的位置。電勢能的計算公式為：W=qU其中：W是電勢能，單位為焦耳(J)q是電荷量，單位為庫侖(C)U是電勢，單位為伏特(V)6.3電勢能與電場能的轉(zhuǎn)化電勢能向電場能轉(zhuǎn)化電荷在電場力作用下移動，電勢能轉(zhuǎn)化為電場能。電場能向電勢能轉(zhuǎn)化電荷克服電場力移動，電場能轉(zhuǎn)化為電勢能。轉(zhuǎn)化過程電勢能和電場能的轉(zhuǎn)化是一個相互依存的過程。7.電容和電容器電容是衡量電容器儲存電荷能力的物理量。電容器由兩個相互靠近的導體構(gòu)成，導體之間通常用絕緣介質(zhì)隔開。電容器能夠儲存電荷，并在電路中發(fā)揮重要作用。7.1電容的概念電容的定義電容器是儲存電荷的裝置，由兩個相互絕緣的導體構(gòu)成。電容是衡量電容器儲存電荷能力的物理量。電容的定義公式電容等于電容器兩極板上的電荷量與其電勢差的比值。電容的單位為法拉（F）。7.2電容器的工作原理1接通電源電源為電容器充電2極板帶電兩極板分別帶上等量異種電荷3形成電場兩極板間形成穩(wěn)定的電場4儲存電能電場中儲存著電能電容器的工作原理是利用電荷在電場中的積累來儲存電能。當電容器兩端加上電壓時，電容器兩極板會分別帶上等量的異種電荷。電荷之間的相互作用會形成電場，電場中儲存著電能。當電容器斷開電源后，電場依然存在，儲存的電能可以被釋放出來。7.3電容器的種類及應(yīng)用平行板電容器最常見類型，由兩塊平行金屬板組成。圓柱形電容器由兩個同心圓柱形導體組成，常用于電子電路中。球形電容器由兩個同心球形導體組成，用于高壓電路或測量儀器?？勺冸娙萜骺梢愿淖兤潆娙荽笮?，用