大學(xué)普通物理學(xué)經(jīng)典課件-靜電場(chǎng).ppt
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,第九章靜電場(chǎng),一掌握描述靜電場(chǎng)的兩個(gè)物理量——電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的概念，理解電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量點(diǎn)函數(shù)，而電勢(shì)V則是標(biāo)量點(diǎn)函數(shù).,二理解高斯定理及靜電場(chǎng)的環(huán)路定理是靜電場(chǎng)的兩個(gè)重要定理，它們表明靜電場(chǎng)是有源場(chǎng)和保守場(chǎng).,三掌握用點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度和疊加原理以及高斯定理求解帶電系統(tǒng)電場(chǎng)強(qiáng)度的方法；并能用電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度的關(guān)系求解較簡(jiǎn)單帶電系統(tǒng)的電場(chǎng)強(qiáng)度.,四掌握用點(diǎn)電荷和疊加原理以及電勢(shì)的定義式求解帶電系統(tǒng)電勢(shì)的方法.,教學(xué)基本要求,一電荷的量子化,二電荷守恒定律,在孤立系統(tǒng)中,電荷的代數(shù)和保持不變.,強(qiáng)子的夸克模型具有分?jǐn)?shù)電荷（或電子電荷）但實(shí)驗(yàn)上尚未直接證明.,（自然界的基本守恒定律之一）,9.1電荷電荷的量子化電荷守恒定律,,,SI制,一點(diǎn)電荷模型,二庫(kù)侖定律,,9.2庫(kù)侖定律,（為真空電容率）,令,庫(kù)侖定律,庫(kù)侖力遵守牛頓第三定律,一靜電場(chǎng),實(shí)驗(yàn)證實(shí)了兩靜止電荷間存在相互作用的靜電力，但其相互作用是怎樣實(shí)現(xiàn)的？,場(chǎng)是一種特殊形態(tài)的物質(zhì),9.3電場(chǎng)強(qiáng)度,,,二電場(chǎng)強(qiáng)度,單位,電場(chǎng)中某點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度等于位于該點(diǎn)處的單位試驗(yàn)電荷所受的力，其方向?yàn)檎姾墒芰Ψ较?,電荷在電場(chǎng)中受力,（試驗(yàn)電荷為點(diǎn)電荷、且足夠小,故對(duì)原電場(chǎng)幾乎無(wú)影響）,三點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度,,,,,,,,四電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理,,由力的疊加原理得所受合力,點(diǎn)電荷對(duì)的作用力,故處總電場(chǎng)強(qiáng)度,電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理,電荷連續(xù)分布情況,電荷體密度,,,點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度,,電荷面密度,,電荷線(xiàn)密度,,電偶極矩（電矩）,,五電偶極子的電場(chǎng)強(qiáng)度（自習(xí)）,,電偶極子的軸,（1）電偶極子軸線(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,,,（2）電偶極子軸線(xiàn)的中垂線(xiàn)上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,,,,,,,由對(duì)稱(chēng)性有,,（1）,（點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度）,（2）,（3）,,,,,解由例１,（點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度）,,,一電場(chǎng)線(xiàn)（電場(chǎng)的圖示法）,1）曲線(xiàn)上每一點(diǎn)切線(xiàn)方向?yàn)樵擖c(diǎn)電場(chǎng)方向,2）通過(guò)垂直于電場(chǎng)方向單位面積電場(chǎng)線(xiàn)數(shù)為該點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小.,規(guī)定,9.4電場(chǎng)強(qiáng)度通量高斯定理,,一對(duì)等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線(xiàn),,,一對(duì)等量正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線(xiàn),,,一對(duì)不等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線(xiàn),,,,帶電平行板電容器的電場(chǎng)線(xiàn),電場(chǎng)線(xiàn)特性,1）始于正電荷,止于負(fù)電荷.2）電場(chǎng)線(xiàn)不相交.3）靜電場(chǎng)電場(chǎng)線(xiàn)不閉合(非閉合曲線(xiàn)）.,二電場(chǎng)強(qiáng)度通量,通過(guò)電場(chǎng)中某一個(gè)面的電場(chǎng)線(xiàn)數(shù)叫做通過(guò)這個(gè)面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量.,均勻電場(chǎng)，垂直平面,均勻電場(chǎng)，與平面夾角,,,非均勻電場(chǎng)強(qiáng)度電通量,為封閉曲面,,閉合曲面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量,規(guī)定：曲面上某點(diǎn)的法線(xiàn)矢量的方向是垂直指向曲面外側(cè)的，即取外法線(xiàn)方向。,進(jìn)入→負(fù)值出來(lái)→正值,三高斯定理,點(diǎn)電荷位于球面中心,,高斯定理的導(dǎo)出,點(diǎn)電荷在任意封閉曲面內(nèi),其中立體角,由多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng),在點(diǎn)電荷和的靜電場(chǎng)中，做如下的三個(gè)閉合面求通過(guò)各閉合面的電通量.,四高斯定理的應(yīng)用,其步驟為對(duì)稱(chēng)性分析；根據(jù)對(duì)稱(chēng)性選擇合適的高斯面(球形高斯面，圓柱形高斯面）；應(yīng)用高斯定理計(jì)算.,（用高斯定理求解的靜電場(chǎng)必須具有一定的對(duì)稱(chēng)性）,例1均勻帶電球殼的電場(chǎng)強(qiáng)度,一半徑為,均勻帶電的薄球殼.求球殼內(nèi)外任意點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.,解（1）,（2）,例2均勻帶電球體的電場(chǎng)強(qiáng)度(自習(xí)）,一半徑為,均勻帶電的球體.求球體內(nèi)外任意點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.,,,例3無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電直線(xiàn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,選取閉合的柱形高斯面,無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電直線(xiàn)，單位長(zhǎng)度上的電荷，即電荷線(xiàn)密度為，求距直線(xiàn)為處的電場(chǎng)強(qiáng)度.,,例4無(wú)限大均勻帶電平面的電場(chǎng)強(qiáng)度,無(wú)限大均勻帶電平面，單位面積上的電荷，即電荷面密度為，求距平面為處的電場(chǎng)強(qiáng)度.,選取閉合的柱形高斯面,底面積,,討論,,一靜電場(chǎng)力所做的功,,,,,點(diǎn)電荷的電場(chǎng),,,9.5靜電場(chǎng)的環(huán)路定理電勢(shì)能,任意電荷的電場(chǎng)（視為點(diǎn)電荷的組合）,結(jié)論：靜電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān).,二靜電場(chǎng)的環(huán)路定理,靜電場(chǎng)是保守場(chǎng),三電勢(shì)能,靜電場(chǎng)是保守場(chǎng)，靜電場(chǎng)力是保守力.靜電場(chǎng)力所做的功就等于電荷電勢(shì)能增量的負(fù)值.,,令,試驗(yàn)電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能，在數(shù)值上就等于把它從該點(diǎn)移到零勢(shì)能處?kù)o電場(chǎng)力所作的功.,電勢(shì)能是由電荷和靜電場(chǎng)所構(gòu)成的系統(tǒng)所共有的，具有正負(fù)的標(biāo)量。,電勢(shì)能特點(diǎn)：,2）電勢(shì)能的大小是相對(duì)的，電勢(shì)能的差是絕對(duì)的.,3）電勢(shì)能還與電荷的正負(fù)有關(guān)。,(積分大小與無(wú)關(guān)),一電勢(shì),,,（為參考電勢(shì)，值任選）,9.6電勢(shì),令,電勢(shì)零點(diǎn)選擇方法：有限帶電體以無(wú)窮遠(yuǎn)為電勢(shì)零點(diǎn)，實(shí)際問(wèn)題中常選擇地球電勢(shì)為零.,電勢(shì)差,物理意義把單位正試驗(yàn)電荷從點(diǎn)移到無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，靜電場(chǎng)力所作的功.,(將單位正電荷從移到電場(chǎng)力作的功.),電勢(shì)差,靜電場(chǎng)力的功,二點(diǎn)電荷的電勢(shì),令,,,,三電勢(shì)的疊加原理,點(diǎn)電荷系,電荷連續(xù)分布,,,,利用,若已知在積分路徑上的函數(shù)表達(dá)式，則,（利用了點(diǎn)電荷電勢(shì)，這一結(jié)果已選無(wú)限遠(yuǎn)處為電勢(shì)零點(diǎn)，即使用此公式的前提條件為有限大帶電體且選無(wú)限遠(yuǎn)處為電勢(shì)零點(diǎn).）,,,,例1正電荷均勻分布在半徑為的細(xì)圓環(huán)上.求圓環(huán)軸線(xiàn)上距環(huán)心為處點(diǎn)的電勢(shì).,,,,,,（點(diǎn)電荷電勢(shì)）,均勻帶電薄圓盤(pán)軸線(xiàn)上的電勢(shì),例2均勻帶電球殼的電勢(shì).,解,,（1）,,,,（3）,令,由,可得,或,（2）,（4）,由,可得,或,,例3“無(wú)限長(zhǎng)”帶電直導(dǎo)線(xiàn)的電勢(shì),解,令,能否選？,空間電勢(shì)相等的點(diǎn)連接起來(lái)所形成的面稱(chēng)為等勢(shì)面.為了描述空間電勢(shì)的分布，規(guī)定任意兩相鄰等勢(shì)面間的電勢(shì)差相等.,一等勢(shì)面（電勢(shì)圖示法）,在靜電場(chǎng)中，電荷沿等勢(shì)面移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力不做功,在靜電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度總是與等勢(shì)面垂直的，即電場(chǎng)線(xiàn)是和等勢(shì)面正交的曲線(xiàn)簇.,9.7電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度,,按規(guī)定，電場(chǎng)中任意兩相鄰等勢(shì)面之間的電勢(shì)差相等，即等勢(shì)面的疏密程度同樣可以表示場(chǎng)強(qiáng)的大?。?二電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度,電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度沿某一方向的分量，等于這一點(diǎn)的電勢(shì)沿該方向單位長(zhǎng)度上電勢(shì)變化率的負(fù)值.,方向與相反，由高電勢(shì)處指向低電勢(shì)處,大小,,直角坐標(biāo)系中,為求電場(chǎng)強(qiáng)度提供了一種新的途徑,利用電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理,利用高斯定理,利用電勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系,物理意義,練習(xí)題1在靜電場(chǎng)中電場(chǎng)線(xiàn)為均勻分布的平行直線(xiàn)的區(qū)域內(nèi)，在電場(chǎng)線(xiàn)方向上任意兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)V相比較（）A相等，V不同B不同，V相同C不同，V不同D相同，V相同2靜電場(chǎng)中，下列說(shuō)法哪個(gè)是正確的（）A帶正電荷的物體，其電勢(shì)一定為正。B等勢(shì)面上各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)一定相等。C場(chǎng)強(qiáng)為0處，電勢(shì)也一定為0。D場(chǎng)強(qiáng)相等處，電勢(shì)梯度矢量一定相等。,,,,,3一電荷量為q的點(diǎn)電荷位于圓心o處，A,B,C,D為同一圓周上的四點(diǎn)，如圖，現(xiàn)將一試驗(yàn)電荷從A點(diǎn)分別移到B,C,D各點(diǎn)，則A從A→B，電場(chǎng)力作功最大；B從A→C，電場(chǎng)力作功最大；C從A→D，電場(chǎng)力作功最大；D從A到各點(diǎn)，電場(chǎng)力作功相等；,B,4圖中所示的靜電場(chǎng)的等勢(shì)面圖，已知V1>V2>V3，在圖中畫(huà)出a，b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向，并比較它們的大?。?。5已知某靜電場(chǎng)的電勢(shì)函數(shù)V=6x-6x2y-7y2,由場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的梯度的關(guān)系式可得點(diǎn)（2，3，0）處的電場(chǎng)強(qiáng)度＝＿。,,6兩個(gè)均勻帶電的同心球面，半徑分別為R1，R2，小球帶電q，大球帶電－q，下列各圖中哪一個(gè)正確表示了電場(chǎng)的分布（）7如圖所示，任一閉合曲面S內(nèi)有一點(diǎn)電荷q，O為S面上任意一點(diǎn)，若將q由閉合曲面內(nèi)的P點(diǎn)移到T點(diǎn)，且OP＝OT，則（）A通過(guò)S面的電通量改變，O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小不變B通過(guò)S面的電通量改變，O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小改變C通過(guò)S面的電通量不變，O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小改變D通過(guò)S面的電通量不變，O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小不變,,,,,O,P,T,,,8如圖所示，a,b,c是電場(chǎng)中某條電場(chǎng)線(xiàn)上的三點(diǎn)，由此可知（）A)Ea>Eb>EcB)EaUb>UcD)Ua下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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