大学物理ppt教程课件大学物理第6章.pptx

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1、第6章真空中的静电场静电场的描述6.1高斯定理6.2静电场的环路定理电势6.3静电场中的导体与电介质6.4第6章真空中的静电场静电场的能量6.56.1静电场的描述6.1.1电荷库仑定律6.1.2电场与电场强度实验证明，自然界中存在两种电荷，分别称为正电荷和负电荷.它们之间存在相互作用力，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引.物体所带电荷的多少称为电量，用q或Q表示，电量的单位为库仑(C).6.1.1电荷库仑定律实验还表明，在自然界中，存在着最小的电荷基本单元e，任何带电体所带的电量只能是这个基本单元的整数倍，即Q=ne(n=±1,±2,…)电荷的这一特性称

2、为电荷的量子性.实验测得这个基本单元的电量为e=1.60217733(49)×10^(-19)C大量实验表明：电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，在任何物理过程中电荷的代数和总是守恒的，这个结论叫做电荷守恒定律.它不仅在一切宏观过程中成立，而且在一切微观过程中也成立，是物理学中的普通守恒定律之一.点电荷：从理论上讲就是只有电量而没有大小形状的带电体，点电荷是一种理想化模型.库仑定律：真空中带电量为q1和q2的两个点电荷之间的作用力大小与它们所带电量q1和q2的乘积成正比，与它们之间距离r的平

3、方成反比；作用力的方向沿着它们的连线；同号电荷相斥，异号电荷相吸.其数学表达式为6.1.2电场与电场强度两个点电荷之间的相互作用力是是通过电场来作用的，任何带电体的周围都有电场，电场的特性之一就是对处于场中的电荷有力的作用，这种力叫电场力.注：(1)电场是一种物质，但它又是一种特殊的物质，它具有可叠加性.(2)本章所讨论的电场是由相对于观察者处于静止状态的带电体所产生的场，称之为静电场.实验表明，对于不同点，场的分布不同.力F与q0的比值始终是一个常数，这说明F／q0是一个描述电场本身性质的参量，称为电场强度，用E表示，即如果电场中各个点的电场强度大小和

4、方向都相同，那么这种电场就叫匀强电场.如果电场是由点电荷系q1，q2，q3…产生的，P点相对于各点电荷的位置矢量分别为r1，r2，r3…，由库仑定律知，位于P点的试验电荷q0所受的总作用力为由此可得点电荷系的电场强度点电荷系在某点产生的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，这个结论称为电场强度的叠加原理.任一电荷元dq都可看成是点电荷，它在P点产生的电场强度为整个带电体在P点产生的电场强度等于所有电荷元在该点产生场强的矢量和.所以电荷连续分布带电体的电场强度为6.2高斯定理6.2.1电通量6.2.2高斯定理6.2.3高斯定理的应用举例电

5、通量就是垂直通过某一面积电场线的条数，用Ψe表示.设通过电场中一微小面元dS的电通量为dΨ，根据电通量的定义，式中θ为dS⊥与dS两面元的夹角，所以dΨe的正负由θ决定.6.2.1电通量通过任一闭合曲面的电通量等于这个闭合曲面所包围自由电荷代数和的ε0分之一，即高斯定理.要注意：(1)上述高斯定理是应用于真空中静电场的.(2)穿过闭合曲面的电通量Ψe只与闭合曲面内的电荷有关，而与闭合曲面外的电荷无关，与闭合曲面内的电荷分布也无关.但应注意，电场强度E并不只与闭合曲面内电荷有关，E是闭合曲面内外全部电荷共同产生的.6.2.2高斯定理(3)∑qi是电荷的代数

6、和,∑qi=0,并非高斯面内一定无电荷,它只能说明通过包围电荷的任意闭合曲面的电通量为零.(4)Ψ=0,也只能说明电量的代数和为零，而并非没有电场线穿过.当曲面内有正负电荷时，电场线从正电荷出发连续穿出闭合曲面，终止于负电荷.(5)高斯定理是静电场的两条基本定理之一，它不仅对静电场适用，而且对整个电磁场而言都是一条基本的方程.【例】求均匀带电球，半径R，带电荷为q的电场E(r)分布.解选半径为r的球面为高斯面，用高斯定理列方程6.2.3高斯定理的应用举例6.3静电场的环路定理电势6.3.1静电场力的特点电场的环路定理6.3.2电势能和电势6.3.1静电场

7、力的特点电场的环路定理如图所示，在点电荷q的电场中，把试验电荷从电场中a点沿任一路径移到电场中另一点b，假定q为正电荷，并取q为坐标原点，设a点的位置坐标为ra，b点为rb，则q0从a处移动到b处过程中电场力做的元功为由a点移动到b点电场力做的总功为电场力所做的功仅与试验电荷的电量以及路径起点和终点的位置有关，而与移动的路径无关，这说明静电场力是一种保守力.如果试验电荷在电场中经过任一闭合曲线又回到原来的位置，则电场力做的功为零，即因为试验电荷q0≠0，所以这说明，静电场中场强沿任意闭合环路的线积分(称做环量)恒等于零，这个结论称为静电场的环路定理.表明

8、静电场是无旋(散)场.1．电势能该式表明，在q0移动的过程中，电场力做的功等于静