第4章 静电场

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1、电子教案大学物理1大学物理第4章　静电场2大学物理§4-1电相互作用§4-2电场和电场强度§4-3高斯定理及其应用§4-4静电场的环路定理电势§4-5等势面电场强度与电势梯度的关系§4-6电介质中的静电场电位移矢量§4-7电容电场的能量3大学物理1905年爱因斯坦建立狭义相对论1865年麦克斯韦提出电磁场理论1820年奥斯特发现电流对磁针的作用公元前600年1831年法拉第发现电磁感应古希腊泰勒斯第一次记载电现象4大学物理§4-1电相互作用5大学物理1.电相互作用规律同种电荷互相排斥；异种电荷互相吸引。2.电荷守恒定律在一个与外界没有电荷交换的系统

2、内，正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。6大学物理3．电荷的相对论不变性4.电荷量子化电荷量与其运动状态无关e=1.60217733×10-19库仑(C)1C=1A·S=6.242×1018e7大学物理5、库仑定律　静电力的叠加原理真空、静止点电荷注意8大学物理静电力的叠加原理：讨论2.若空间中不止两个点电荷，则q0所受静电力？9大学物理思路：叠加法例1：求均匀带电，线密度为,半径R的带电半圆环环心处的电场强度.解：10大学物理用分量叠加，如图，由对称性：11大学物理例4-1按量子理论，在氢原子中，核外电子快速地运动着，并以一定的概率出现在原子

3、核（质子）的周围各处，在基态下，电子在以质子为中心，半径r=0.529×10-10m的球面附近出现的概率最大。试计算在基态下，氢原子内电子和质子之间的静电力和万有引力，并比较两者的大小，引力常量为G=6.67×10-11N·m2/(kg)2。解：按库仑定律计算，电子和质子之间的静电力为电子和质子之间的万有引力为12大学物理静电力与万有引力的比值为可见在原子内，电子和质子之间的静电力远比万有引力大，因此在处理电子和质子之间的相互作用时，只需考虑静电力，万有引力可以略去不计，而在原子结合成分子，原子或分子组成液体或固体时，它们的结合力本质上也属于电性力。

4、13大学物理§4-2电场和电场强度14大学物理一、电场试探电荷：所带电荷足够小；几何线度必须足够小；可以是正电荷，也可以是负电荷。二、电场强度(简称为场强）：单位正电荷在电场中某点所受到的力。单位：N/C、V/m，静电场：相对于观察者静止的电荷在其周围空间所激发的电场。物理意义15大学物理静止的点电荷激发的电场三、场强的叠加原理电场中任何一点的总场强等于各个点电荷在该点各自产生的场强的矢量和。位矢O场源16大学物理点电荷系激发的电场中的场强：任意带电体（连续带电体)电场中的场强：将带电体分成很多元电荷dq,先求出它在任意场点p的场强对场源求积分，可得

5、总场强：17大学物理体电荷分布的带电体的场强面电荷分布的带电体的场强线电荷分布的带电体的场强18大学物理例4-3．电偶极子已知：q、-q、r>>l，电偶极矩：求：轴线延长线及轴线中垂线上点的场强解：P点设+q和-q的场强分别为和四、场强的计算+-19大学物理+-20大学物理Q点：+-.例4-4：求均匀带电细棒外离棒距离为d的一点P的场强。设棒长为l,带电量q，电荷线密度为λ.22大学物理1.无限长均匀带电细棒2.相当于点电荷的场强。讨论23大学物理例4-5:均匀带电圆环轴线上一点的场强。设圆环带电量为q，半径为R24大学物理讨论（1）（点电荷电场强度

6、）（2）（3）25大学物理例4-6均匀带电圆盘轴线上一点的场强。设圆盘带电量为q，半径为R解：带电圆盘可看成许多同心的圆环组成，取一半径为r，宽度为dr的细圆环带电量26大学物理在远离带电圆面处，相当于点电荷的场强。相当于无限大带电平面附近的电场，可看成是均匀场，场强垂直于板面，正负由电荷的符号决定。讨论：1.当2.当27大学物理§4-3高斯定理及其应用28大学物理一、电场线（电场的图示法）1方向曲线上每一点切线方向为该点电场方向。2大小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29大学物理点电荷的电场线正点电荷+负点电荷30大学物

7、理一对等量异号点电荷的电场线+31大学物理一对等量正点电荷的电场线++32大学物理一对不等量异号点电荷的电场线33大学物理带电平行板电容器的电场线++++++++++++34大学物理电场线特性1）始于正电荷,止于负电荷(或来自无穷远,去向无穷远).2）电场线不相交.3）静电场电场线不闭合.35大学物理二、电场强度通量通过电场中某一个面的电场线数叫做通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36大学物理非均匀电场强度电通量37大学物理为封闭曲面规定：外法线矢量为正38大学物理三、静电场的高斯定理在真空中,通过任一闭合曲面的电场强度

8、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