大學(xué)普通物理學(xué)經(jīng)典課件-靜電場(chǎng).ppt

,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,二庫侖定律,9.2庫侖定律,（為真空電容率）,令,庫侖定律,庫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）電偶極子軸線延長(zhǎng)線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,（2）電偶極子軸線的中垂線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,由對(duì)稱性有,（1）,（點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度）,（2）,（3）,解由例,（點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度）,一電場(chǎng)線（電場(chǎng)的圖示法）,1）曲線上每一點(diǎn)切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)電場(chǎng)方向,2）通過垂直于電場(chǎng)方向單位面積電場(chǎng)線數(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,一對(duì)等量正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,一對(duì)不等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,帶電平行板電容器的電場(chǎng)線,電場(chǎng)線特性,1）始于正電荷,止于負(fù)電荷.2）電場(chǎng)線不相交.3）靜電場(chǎng)電場(chǎng)線不閉合(非閉合曲線）.,二電場(chǎng)強(qiáng)度通量,通過電場(chǎng)中某一個(gè)面的電場(chǎng)線數(shù)叫做通過這個(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)的法線矢量的方向是垂直指向曲面外側(cè)的，即取外法線方向。,進(jìn)入負(fù)值出來正值,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)閉合面求通過各閉合面的電通量.,四高斯定理的應(yīng)用,其步驟為對(duì)稱性分析；根據(jù)對(duì)稱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無限長(zhǎng)均勻帶電直線的電場(chǎng)強(qiáng)度,選取閉合的柱形高斯面,無限長(zhǎng)均勻帶電直線，單位長(zhǎng)度上的電荷，即電荷線密度為，求距直線為處的電場(chǎng)強(qiáng)度.,例4無限大均勻帶電平面的電場(chǎng)強(qiáng)度,無限大均勻帶電平面，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)能處靜電場(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：有限帶電體以無窮遠(yuǎn)為電勢(shì)零點(diǎn)，實(shí)際問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)）,均勻帶電薄圓盤軸線上的電勢(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“無限長(zhǎng)”帶電直導(dǎo)線的電勢(shì),解,令,能否選？,空間電勢(shì)相等的點(diǎn)連接起來所形成的面稱為等勢(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)線是和等勢(shì)面正交的曲線簇.,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)的大小,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)線為均勻分布的平行直線的區(qū)域內(nèi)，在電場(chǎng)線方向上任意兩點(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AB，電場(chǎng)力作功最大；B從AC，電場(chǎng)力作功最大；C從AD，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，在圖中畫出a，b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向，并比較它們的大小。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OPOT，則（）A通過S面的電通量改變，O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小不變B通過S面的電通量改變，O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小改變C通過S面的電通量不變，O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小改變D通過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)線上的三點(diǎn)，由此可知（）A)Ea>Eb>EcB)EaUb>UcD)Ua<Ub<Uc9電荷分布在有限空間內(nèi)，則任意兩點(diǎn)P1，P2之間的電勢(shì)差取決于（）A）從P1移到P2的試探電荷電量的大小B）P1和P2處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小C）試探電荷由P1移到P2的路徑D）從P1移到P2電場(chǎng)力對(duì)單位正電荷所作的功,a,b,c,