物理讲义-静电场.ppt

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1、第六章电荷与电场（一）2009.9第六章电荷与电场（一）§6－1电荷的量子化电荷守恒定律§6－4电场强度的计算§6－5电场线电场强度通量§6－8电势电势差§6－3电场电场强度§6－2点电荷真空中的库仑定律§6－7静电场力的功电势能§6－6高斯定理及其应用§6－9电势的计算电势叠加原理引言:物质的电结构电荷：是代表物质间发生电力相互作用的一种属性。自然界中存在着两种不同性质的电荷，一种称为正点荷，另一种称为负电荷。1种类:4电荷的量子化:2性质:正电荷，负电荷库仑（C）同种相斥，异种相吸3量度:§1电荷的量子化电

2、荷守恒定律一电荷的量子化电量不能连续变化，只能是某一最小电量单位的整数倍（密立根实验）二电荷守恒定律不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变.（自然界的基本守恒定律之一）END库仑(C.A.Coulomb17361806）法国物理学家，1785年通过扭秤实验创立库仑定律,使电磁学的研究从定性进入定量阶段.电荷的单位库仑以他的姓氏命名.§2点电荷真空中的库仑定律库仑定律为真空电容率点电荷：抽象模型受的力当两带电体本身线度远比它们的间距小时，可把带电体上电荷看成集中于一点，这样就抽象出“点电荷”理想模

3、型。（实验定律，适用于点电荷）大小：方向：和同号相斥，异号相吸.END1.库仑定律适用于真空中(或空气)的静止点电荷；★注意：2.库仑定律是基本实验规律，宏观、微观均适用；3.库仑力遵守叠加原理：若实际问题中带电体不能看作点电荷，则应采用分割－分析－综合的方法求解问题。一静电场静电场:静止电荷周围存在的电场电荷电场电荷物质实物场§3电场和电场强度对放在电场内的任何电荷都有作用力；电场力可移动电荷作功。电场的基本性质二电场强度1试验电荷点电荷电荷足够小2电场强度场源电荷试验电荷单位:和试验电荷无关电荷q受电场力:

4、定义:单位正试验电荷所受的电场力是定义式，既适用于介质，也适用于多电荷系统。匀强电场：E的大小、方向均相同的电场。一点电荷电场强度+P§4电场强度的计算二电场强度叠加原理点电荷系的电场四直接求和法求场强优缺点：普适，积分困难。步骤：①建立便于计算的坐标系；②分析任意电荷元的dE，投影到坐标轴，写出dEx、dEy、dEz。有时，通过对称性分析，可省去某一分量的积分；③确定上下限，积分求场强。(已知q，L，a)。例1均匀带电细杆延长线上任一点的场强建立坐标如图，dq在P点的场强：当a>>L时，取电荷元：例2正电荷q

5、均匀分布在半径为R的圆环上.计算通过环心点O并垂直圆环平面的轴线上任一点P处的电场强度.解（1）（2）（3）讨论例3有一半径为R，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上任意一点处的电场强度.解rdr讨论END电荷连续分布的带电体产生的场强取电荷元，线分布面分布体分布—电荷线密度—电荷面密度—电荷体密度由点电荷的场强公式写出其场强：★注意：是矢量积分§5电场线电场强度电通量1.电场线画法规定：2.电场线的性质（1）电场线始于正电荷（或无穷远）止于负电荷（或无穷远），不在无电荷处中断；

6、为直观定性描绘电场分布而在电场中人为作出的曲线。（1）切向表示的方向。（2）密度表示的大小。（2）电场线不形成单一绕行方向的闭合曲线；（3）任两条电场线不相交。一、电场线一对点电荷的场单个点电荷的场3.典型的电场线图形二电场强度通量垂直通过电场中某个面的电场线数1定义2表述匀强电场，与平面平行时.匀强电场，与平面夹角.非匀强电场，曲面S.非均匀电场，闭合曲面S.“穿出”“穿进”例1三棱柱体放置在如图所示的匀强电场中.求通过此三棱柱体的电场强度通量.解S1S2S1S2高斯高斯(C.F.Gauss17771855

7、）德国数学家、天文学家和物理学家，有“数学王子”美称，他与韦伯制成了第一台有线电报机和建立了地磁观测台，高斯还创立了电磁量的绝对单位制.§6高斯定理及其应用在真空中静电场，穿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.1高斯定理高斯面2高斯定理的讨论(1)高斯面：闭合曲面.(2)电场强度：所有电荷的总电场强度.(3)电通量：穿出为正，穿进为负.(4)仅面内电荷对电通量有贡献.(5)静电场：有源场.(6)高斯定理不仅适用于静电场，亦适用于运动电荷的电场和随时间变化的电场，是电磁场基本定理

8、之一。3高斯定理应用举例用高斯定理求电场强度的一般步骤为对称性分析；根据对称性选择合适的高斯面；应用高斯定理计算.高斯定理是一条反映静电场规律的普遍定理，在进一步研究电学时，这条定理很重要。在这里，我们只应用它来计算某些对称带电体所激发的电场中的场强，在这些情况中，它比应用电场强度叠加原理来计算场强要方便得多。下面举例说明高斯定理的这种应用。dq2dq1均匀带电球面内外的电场(设半径为