大学普通物理学经典课件——静电场

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1、第九章静电场一掌握描述静电场的两个物理量——电场强度和电势的概念，理解电场强度是矢量点函数，而电势V则是标量点函数.二理解高斯定理及静电场的环路定理是静电场的两个重要定理，它们表明静电场是有源场和保守场.三掌握用点电荷电场强度和叠加原理以及高斯定理求解带电系统电场强度的方法；并能用电场强度与电势梯度的关系求解较简单带电系统的电场强度.四掌握用点电荷和叠加原理以及电势的定义式求解带电系统电势的方法.教学基本要求一电荷的量子化二电荷守恒定律在孤立系统中,电荷的代数和保持不变.强子的夸克模型具有分数电荷（或电子电荷）但实验上尚未直接证明.（自然

2、界的基本守恒定律之一）基本性质1电荷有正负之分；2电荷量子化；电子电荷3同性相斥，异性相吸.§9.1电荷电荷的量子化电荷守恒定律SI制一点电荷模型二库仑定律§9.2库仑定律（为真空电容率）令库仑定律库仑力遵守牛顿第三定律一静电场实验证实了两静止电荷间存在相互作用的静电力，但其相互作用是怎样实现的？电荷电场电荷场是一种特殊形态的物质实物物质场§9.3电场强度二电场强度单位电场中某点处的电场强度等于位于该点处的单位试验电荷所受的力，其方向为正电荷受力方向.电荷在电场中受力（试验电荷为点电荷、且足够小,故对原电场几乎无影响）：场源电荷：试验电荷

3、三点电荷的电场强度四电场强度的叠加原理由力的叠加原理得所受合力点电荷对的作用力故处总电场强度电场强度的叠加原理电荷连续分布情况电荷体密度点处电场强度电荷面密度电荷线密度电偶极矩（电矩）五电偶极子的电场强度（自习）电偶极子的轴讨论（1）电偶极子轴线延长线上一点的电场强度（2）电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度由对称性有解例1正电荷均匀分布在半径为的圆环上.计算在环的轴线上任一点的电场强度.讨论（1）（点电荷电场强度）（2）（3）例2均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度.有一半径为,电荷均匀分布的薄圆盘,其电荷面密度为.求通过盘心且垂直盘面的轴线

4、上任意一点处的电场强度.解由例１（点电荷电场强度）讨论无限大均匀带电平面的电场强度一电场线（电场的图示法）1）曲线上每一点切线方向为该点电场方向,2）通过垂直于电场方向单位面积电场线数为该点电场强度的大小.规定§9.4电场强度通量高斯定理点电荷的电场线正点电荷+负点电荷一对等量异号点电荷的电场线+一对等量正点电荷的电场线++一对不等量异号点电荷的电场线带电平行板电容器的电场线++++++++++++电场线特性1）始于正电荷,止于负电荷.2）电场线不相交.3）静电场电场线不闭合(非闭合曲线）.二电场强度通量通过电场中某一个面的电场线数叫做通

5、过这个面的电场强度通量.均匀电场，垂直平面均匀电场，与平面夹角非均匀电场强度电通量为封闭曲面闭合曲面的电场强度通量规定：曲面上某点的法线矢量的方向是垂直指向曲面外侧的，即取外法线方向。进入→负值出来→正值三高斯定理在真空中,通过任一闭合曲面的电场强度通量,等于该曲面所包围的所有电荷的代数和除以.（与面外电荷无关，闭合曲面称为高斯面）请思考：1）高斯面上的与那些电荷有关？2）哪些电荷对闭合曲面的有贡献？+点电荷位于球面中心高斯定理的导出高斯定理库仑定律电场强度叠加原理+点电荷在任意封闭曲面内其中立体角由多个点电荷产生的电场高斯定理1）高斯面

6、上的电场强度为所有内外电荷的总电场强度.4）仅高斯面内的电荷对高斯面的电场强度通量有贡献.2）高斯面为封闭曲面.5）静电场是有源场.3）穿进高斯面的电场强度通量为正，穿出为负.总结在点电荷和的静电场中，做如下的三个闭合面求通过各闭合面的电通量.讨论将从移到点电场强度是否变化？穿过高斯面的有否变化？*四高斯定理的应用其步骤为对称性分析；根据对称性选择合适的高斯面(球形高斯面，圆柱形高斯面）；应用高斯定理计算.（用高斯定理求解的静电场必须具有一定的对称性）++++++++++++例1均匀带电球壳的电场强度一半径为,均匀带电的薄球壳.求球壳内外

7、任意点的电场强度.解（1）（2）++++++++++++例2均匀带电球体的电场强度(自习）一半径为,均匀带电的球体.求球体内外任意点的电场强度.+++++例3无限长均匀带电直线的电场强度选取闭合的柱形高斯面无限长均匀带电直线，单位长度上的电荷，即电荷线密度为，求距直线为处的电场强度.对称性分析：轴对称解+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++例4无限大均匀带电平面的电场强度无限大均匀带电平面，单位面积上的电荷，即电荷面密度为，求距平面为处的电场强

8、度.选取闭合的柱形高斯面对称性分析：垂直平面解底面积++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++讨论无限大带电平面的