基本内容:一、电场线二、电通量三、高斯定理课件.ppt

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1、基本内容:一、电场线二、电通量三、高斯定理真空中的高斯定理一.电场线(人为引入一些假想的线)(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的电场线条数为该点电场的大小.规定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++++++++++++电场线特点1)起始于正电荷,终止于负电荷(或来自无穷远,去向无穷远),不会在没有电荷处中断.2)在没有点电荷的空间里,电场线不相交.因为电场中每一点只能有一个确定的方向;3)静电场的电场线不

2、闭合.4)电场线不仅能够表示电场强度的方向,而且电场线在空间的密度分布还能表示电场强度的大小。二.电场强度通量(electricflux,简称电通量)通过电场中任一空间曲面的电场线条数叫做通过这个面的电通量(Φe).均匀电场,垂直平面均匀电场,与平面夹角非均匀电场的电通量:闭合曲面的电通量:规定规定闭合曲面法线方向:向外为正!即如果电场线从闭合曲面内向外穿出则电通量为正;反之,电通量为负为封闭曲面电通量是一个标量,可正可负左半球:电力线穿入,Φe为负右半球:电力线穿出,Φe为正S匀强电场中,闭合球面的电通量:通过整个球面的电通量:三.高斯定理高斯定理:是关于电

3、场线、电荷分布、空间曲面三者之间的关系;高斯定理的导出高斯定理库仑定律电场强度叠加原理+点电荷位于球面中心对以点电荷q为中心的任意球面,通过它们的电通量都等于q/0,即通过各球面的电场线总条数相等。三.高斯定理+点电荷在任意封闭曲面内通过任意形状的包围点电荷q的闭合面的电通量等于q/0+SS′由电场线的性质可知,通过球面S′的电场线必定全部通过闭合面S,因此,通过任意形状的包围点电荷q的闭合面的电通量都等于q/ε0;点电荷在封闭曲面之外如果闭合面S不包围点电荷q,则由电场线的连续性可知,由一侧进入S的电场线条数一定等于从另一侧穿出S的电场线条数,那么净穿出

4、闭合面S的电场线总条数为零,也即通过S闭合面的电通量为零。由点电荷系产生的电场高斯定理的数学表达式:高斯定理的含义:在真空中,通过任一闭合曲面的电通量,等于该曲面所包围的所有电荷的电量代数和的1/0倍(与面外电荷无关,闭合曲面称为高斯面)1)高斯面上的电场强度为空间所有内外电荷产生的总电场强度(合场强).总结:3)仅高斯面内的电荷对高斯面的电通量有贡献.2)高斯面为封闭曲面.5)q>0,Φe>0,说明电场线从封闭面内发出,正电荷是源;q<0,Φe<0,说明电场线向封闭面内汇聚,负电荷是尾;静电场是有源场,正负电荷是场源.4)穿出高斯面的电通量为正,穿入为负.

5、1)高斯面上的与哪些电荷有关?2)哪些电荷对闭合曲面的有贡献?思考通过闭合曲面的电通量为零,则说明()(1)曲面上各点的电场强度一定为零;(2)闭合曲面内一定没有电荷存在;(3)闭合曲面内电荷的代数和一定为零;(4)闭合曲面内电荷的代数和不一定为零;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?穿过高斯面的有变化?四高斯定理的应用——求电场强度其解题步骤为: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.(用高斯定理求解的静电场,前提是带电体的电荷分布必须具有一定的对称性:球对称性、轴对称性、面对称性

6、等)※总结,求电场强度E的方法:①.电场强度叠加原理;②.高斯定理;1).球对称性:带电球面(体)2).轴对称性:无限长带电直线/圆柱体(筒)3).面对称性:无限大带电平面P171例4.5一点电荷q位于一边长为a的立方体中心,求通过立方体任一面的电通量;++++++++++++例4.6均匀带电球壳的电场强度※※一半径为,均匀带电的薄球壳.求球壳内外任意点电场强度.(1)(2)解:球对称性课外作业:两个半径为R1,R2,均匀带电量分别为Q1,Q2的同心薄球壳.求球壳内外空间任意点电场强度.(1)(2)(3)方向:沿着径向向外呈辐射状;+++++例4.7无限长均匀

7、带电直线的电场强度选取闭合的柱型高斯面※※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4.8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度.选取闭合的柱型高斯面对称性分析:垂直平面解底面积++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++匀强电场!

8、讨论无限大带电平面的电场叠加问题§4.

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