大学物理 上 普通高等教育十一五 规划教材 教学课件 作者 通识教育规划教材编写组 第7章.ppt

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1、第7章真空中的静电场【学习目标】掌握描述静电场的基本物理量：电场强度和电势的概念，理解电场强度的矢量性、电势的标量性。熟练掌握静电场的两条基本定理：高斯定理和环路定理，明确静电场是有源场，并明确静电力为保守力，静电场为保守场。熟练掌握用点电荷的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。学会用电场强度与电势梯度的关系求解一些较简单带电系统的电场强度。了解电偶极子的概念，理解电偶极子在均匀电场中所受的力和力矩。7.1电荷库仑定律7.2电场电场强度矢量7.3电场强度通量高斯定理7.4静电场的环路定理电势7.5等势面电场强度与电

2、势梯度的关系7.1电荷库仑定律本节介绍电荷的基本概念以及库仑定律。7.1.1电荷7.1.2电荷的量子化7.1.3电荷守恒定律7.1.4库仑定律7.1.1电荷自然界中只存在两类电荷：正电荷和负电荷。同性电荷相互排斥、异性电荷相互吸引。7.1.2电荷的量子化任何带电体的电荷量为n称为量子数7.1.3电荷守恒定律任何使物体带电的过程或使带电体中和的过程，都是电荷从一个物体转移到另一物体，或从物体的一部分转移到另一部分的过程。对一个系统，如果没有静电荷出入其边界，则不管系统中的电荷如何转移，系统中电荷的代数和保持不变，这就是电荷守恒定律。7.1

3、.4库仑定律库仑定律：在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小与这两点电荷电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相排斥，异号电荷互相吸引。当空间中存在两个以上的点电荷时，两个点电荷之间的作用力并不因为第三个电荷的存在而有所改变，作用在其中任意一个点电荷上的力是各个点电荷对其作用力的矢量和，这个结论叫电场力的叠加原理。7.2电场电场强度矢量本节介绍关于电场强度的基本知识。7.2.1电场7.2.2电场的强度7.2.3电场强度叠加原理7.2.4电场强度的计算7.2.5电偶极子在均

4、匀场中的力矩7.2.1电场凡是有电荷的地方，围绕电荷的周围空间都存在电场，即电荷在其周围空间激发电场，且电场对处于其中的电荷会施加力的作用。该作用仅由该电荷所在处的电场决定，与其他地方的电场无关。7.2.2电场的强度电场中某点的电场强度在数值上等于位于该点的单位正试验电荷所受的电场力，电场强度的方向与正电荷在该点所受的电场力的方向一致。7.2.3电场强度叠加原理电场强度的叠加原理：点电荷系电场中某点的电场强度等于各个点电荷单独存在时在该点的电场强度的矢量和。点电荷系连续带电体的电场7.2.4电场强度的计算电场强度是反映电场性质的物理量，

5、空间各点的电场强度完全取决于电荷在空间的分布情况。若已知电荷分布，则可计算出任意点的电场强度。计算的方法是利用点电荷在其周围激发场强的表达式与电场强度叠加原理。7.2.5电偶极子在均匀场中的力矩在匀强电场中，电偶极子不受电场力的作用，电偶极子没有平动。力矩7.3电场强度通量高斯定理本节介绍电场线、电场强度通量的概念以及电场中的高斯定理。7.3.1电场线7.3.2电场强度通量7.3.3高斯定理7.3.4高斯定理的应用7.3.1电场线在电场中画出许多曲线，使这些曲线上每一点的切线方向与该点的电场强度方向相同，而且曲线箭头的指向为电场强度的方

6、向，这种曲线称为电场线。几种典型的电场线电场线密度大，电场线密度应与场强成正比。匀强电场的电场线密度处处相等，而且方向处处一致。电场线的性质（1）电场线总是起始于正电荷（或来自于无穷远），终止于负电荷（或终止于无穷远），不是闭合曲线，不会在没有电荷的地方中断；（2）任意两条电场线都不能相交，这是由于电场中各点处的场强具有特定的方向。电场线的说明（1）电场线是人为画出的，在实际电场中并不存在；（2）电场线可以形象、直观地表现电场的总体情况，对分析电场很有用处；（3）电场线图形可以用实验演示出来。7.3.2电场强度通量通过电场中任意曲面的电

7、场线的数目，叫做通过该面积的电场强度通量，简称电通量。（1）平面法线与电场平行（2）平面法线与电场有夹角非均匀电场，且S是任意曲面闭合曲面规定自内向外的方向为面元的法线正方向。电场线从曲面内穿出的地方，电场线从曲面内穿入的地方，7.3.3高斯定理则通过闭合曲面（球面）S的电场强度通量为仅与曲面所包围的所有电荷q有关。点电荷点电荷电场中通过任意闭合曲面S的电场强度通量点电荷系通过任意闭合曲面电场强度通量真空中的高斯定理：在真空中，通过任一闭合曲面的电场强度的通量，等于该曲面所包围的所有电荷的代数和除以，与闭合曲面外的电荷无关。高斯定理中的

8、闭合曲面称为高斯面。7.3.4高斯定理的应用高斯定理的一个重要应用是计算某些具有对称性分布的电荷的电场强度。求解的方法一般为：首先进行对称性分析，即由电荷分布的对称性，分析电场强度分布的对称性，判断能否用高