静止电荷的电场
大学物理第13章_真空中的静电场(场强)
dl
则
q dq dl 2R
1 dq 0 dE r 2 40 r
O
x
dE
dE
dE x x
由对称性有
R
E dE x dE cosi 1 q cos l dl i 2 40 2R r
r
P
cos x r r x R
实验规律 场的 性质 场与物质的相 互作用
静电场：相对于观察者静
止的电荷所产生的电场
§1-1电荷.库仑定律
一.两种电荷 1.自然界只存在两种 电荷，同种电荷相排 斥，异种电荷相吸引
2.美国物理学家富兰克林首先称其为正 电荷和负电荷
3.带电的物体叫带电体 4.质子和电子是自然界存在的最小正、负电 荷，其数值相等，常用+e和-e表示
1986年 e 的推荐值为
e 1.60217733 10
C(库仑)为电量的单位
19
C
二.电荷量子化 1.实验表明:任何带电体或其它微观粒 子所带的电量都是 e 的整数倍
----物体所带电荷量量值不连续
2.电荷量子化：电荷量不连续的性质
三.电荷守恒定律 常见的两种起电方式： 摩擦起电 摩擦起电的本质：电子从一个 物体转移到另一个物体
定义：电场强度
F E q0
单位：牛顿/库仑(N/C)或伏特/米(V/m) 三.场强叠加原理 设空间有点电荷q1、q2 、q3 … qn
P点处的试探电荷 q0 所受电场力为
n F F1 F2 Fn Fi
i 1
F F1 F2 Fn P点的场强为 E q0 q0 q0 q0
大学物理 第一章静止电荷的电场(必看)
q2d （A） 2 S 0
Байду номын сангаас
）。
q2d （B） S 0 q2d （D） S 0
q2 F Eq 2S 0
q2d （C） 2 S 0
d
d
q E 2 0 2S 0
q 2d A Fd 2S 0
量等于该闭合面内所包围的电荷代数和除以真空的
介电常数，数学表达式为
1 E ds
s
0 ( s面内)
q
典型电荷的电场
（1）点电荷
E
q 4 0 r
2
er
（2）半径为R 、带电量为Q均匀带电球面
E0
E Q 4 0 r
2
rR
er
rR
（3）均匀带电无限长直线
E 2 0 r
2 ES 2 xS
底面
E
x
0
0
d x 时： 2 q DS
2 ES DS
0
D E 2 0
例 题 15 15、如图所示，一无限长的均匀带电圆柱体，
体电荷密度为 ，截面半径为 R 。
求：
（1）柱内（ r R ）电场强度分布？
（2）柱外（r R）的电场强度分布？
直线中垂线的P点到带电直线中心o的距离
OP L
时，P点的电场强度大小。 解（1）
dE
E
L 2 L 2
y
L r ax 2
o
x
1 1 ( ) L 4 0 ( a x) 2 4 0 a a L 2
dq 4 0 r 2 dx
大学物理第一章 静电场
静止电荷的电场
本章是静电部分重点，主要讨 论如何描述电场，即从电荷在电场 中受力的角度建立电场强度的概念。 重点讨论用两种方法求场强分布。
1
一、基本概念
1. 电荷
(1) 种类 只有两种 (2) 电荷是量子化的(charge quantization ) 自然界物体所带电荷：q = ne (3) 电荷遵从守恒定律 (law of conservation of charge) (4) 电量是相对论不变量
dE
dq 4 o r
e 2 r
13
例2 均匀带电直线，带电量为q，长为L，
求空中任意一点P的场强。
解：
（1）取电荷元
q dq dl dl L
y
dq
（2）电荷元产生 元场强大小 1 dq dE 4 0 r 2
L
dl
r
o
x
P
14
dE
x
方向：与dq到场点的矢径 r
q 1 1 Ey 4 0 L x 2 ( L d )2 x2 d 2
式中：
x是场点到带电线的垂直距离
d 是垂足到直线下端点的距离(取绝对值)
17
（5）长直带电线周围任一点电场强度
大小:
E E E E E E
2 x 2 y 2 z 2 x
2. 数学表达式：
q1q2 F k 2 er r
er :
单位矢径
大小：等于1 方向：从施力电荷（场源） 指向受力电荷（场点） 3
1 k 8.988 1012 Nm 2 / c 2 4 o
o 8.8510 12 C 2 / Nm 2
静电场 相对静止
静电场相对静止
静电场是指在没有电流流动的情况下存在的电场。
它是一种相对
静止的电场。
静电场的主要特点是电荷的分布在空间中保持静止，不
随时间变化。
当物体带电时，周围会形成一个电场，该电场对周围环
境和其他带电物体产生作用。
在静电场中，正负电荷之间会产生相互吸引或排斥的力。
这种力
被称为库仑力，它遵循库仑定律，即反比于两个电荷的距离的平方，
正比于电荷之间的乘积。
静电场在日常生活中有许多应用。
例如，静电除尘技术就是利用
静电力将尘埃吸附到带电表面上，从而实现空气净化。
另外，静电粉
末喷涂技术可以将带电粉末均匀地喷涂在物体上，形成一层保护膜。
静电场还可以导致一些现象，如静电火花和静电放电。
当一个物
体带电过多时，超过了周围环境的绝缘能力，就会发生静电放电现象，常见的例子是我们碰到金属物体时感到的电击感。
总之，静电场是一种相对静止的电场，其特点是带电物体的电荷
分布保持静止。
静电场在科学研究和日常生活中都有重要应用，相关
的现象和技术也十分丰富多样。
静电场的概念与性质
静电场的概念与性质静电场是指由电荷引起的空间中的电场，其中电荷处于静止状态。
静电场的概念与性质是物理学中非常重要的内容。
本文将对静电场的概念和性质进行详细讨论。
一、静电场的概念静电场是由静止的电荷所产生的电场。
在物体表面或空间中存在电荷分布时，就形成了电场。
根据库仑定律，两个静止电荷之间的力与它们之间的距离和电荷的大小成正比。
通过此定律，可以计算出电荷在空间中的分布情况，进而得到静电场的性质。
二、静电场的性质1. 电场强度电场强度是描述静电场性质的重要参数。
它表示单位电荷在电场中受到的力。
电场强度的大小与电荷的大小成正比，与距离的平方成反比。
通过电场强度的计算，可以了解到电荷对周围环境的影响范围。
2. 电势能电势能是描述电荷在电场中的能量状态的参量。
在不同位置上的电荷具有不同的电势能。
当电荷在电场中沿着电场线移动时，会产生电势能的变化。
电势能的计算可以用来研究电荷在电场中的运动特性。
3. 电场线电场线是用来描述静电场分布规律的曲线。
在电场中，电场线的方向与电场强度的方向相同。
电场线的密度表示电场强度的大小。
通过观察电场线的分布，可以直观地了解到电场的性质。
4. 均匀静电场与非均匀静电场均匀静电场是指电场强度在空间中各点的分布均匀的电场。
在均匀静电场中，电场强度大小和方向在空间中的任何位置都相同。
非均匀静电场则是指电场强度在空间中各点的分布不均匀的电场。
在非均匀静电场中，电场强度大小和方向在空间中的不同位置有所变化。
5. 静电屏蔽静电屏蔽是指用导体将一个区域与外部环境隔离开来，以防止电场的影响进入该区域。
静电屏蔽可以有效地减弱电场的影响，保护设备和人员的安全。
6. 静电现象静电场的存在会引发各种静电现象。
例如，当不同材料之间摩擦时，可能会产生静电充电现象。
在静电场的作用下，带电物体之间可能会发生电荷的转移和放电现象。
了解静电现象对于应对和预防静电风险具有重要意义。
结语：静电场的概念与性质是了解电磁现象中的重要一环。
变化磁场产生的电场与静止电荷产生的电场的异同
变化磁场产生的电场与静止电荷产生的电场的异同变化磁场产生的电场与静止电荷产生的电场的异同可以总结如下：
相同点：
1. 两者都会产生电场，电场都是空间中存在电荷时产生的物理现象。
2. 电场的作用力都遵循库仑定律，都具有与电荷大小成正比、与距离平方成反比的特性。
不同点：
1. 电场来源不同：静止电荷产生的电场源于静止电荷本身，而变化磁场产生的电场源于电流或者磁场的变化。
2. 电场方向不同：静止电荷产生的电场是从正电荷指向负电荷的，而变化磁场产生的电场方向则由楞次定律决定，垂直于磁场变化的方向。
3. 电场的性质不同：静止电荷产生的电场是稳定的静态场，而变化磁场产生的电场是随着时间变化的动态场。
4. 引起的感应效应不同：静止电荷产生的电场可以引起电荷的静电感应，而变化磁场产生的电场可以引起感应电流的产生。
总的来说，静止电荷产生的电场是一种稳定的静态场，而变化磁场产生的电场是一种动态的场，它们的产生机制、方向和性质都有所不同。
大学物理 第7章 《静止电荷的电场》思考题
第7章 《静止电荷的电场》复习思考题一、填空题1. 在点电荷系的电场中，任一点的电场强度等于每个点电荷电场的 和，这称为场强叠 加原理 . 答案：矢量2.电偶极子的电偶极矩是一个矢量，它的大小是ql （其中l 是正负电荷之间的距离），它的方向是 由 电荷。
答案：负电荷指向正电荷3无限大带电面，面电荷密度σ，则其两面的电场强度大小 。
答案：02σε4. 静电场中某点的电场强度，其数值和方向等于 。
答案：单位正电荷在电场中所受的力5.* 如图所示，正点电荷Q 的电场中，A 点场强为100N/C ，C 点场强为 36N/C ，B 是AC 的中点，则B 点的场强为________N/C 。
答案：56.25N/C6．如图所示, 真空中有两个点电荷, 带电量分别为Q 和Q -, 相距2R 。
若以负电荷所在处O 点为中心, 以R 为半径作高斯球面S , 则通过该球面的电场强度通量e Φ= 。
答案：0/Q ε-7．一均匀静电场，电场强度(400600)V/m E i j =+，则电场通过阴影表面的电场强度通量是___ ___ （正方体边长为 1cm ）。
答案：0.04V/m8．把一个均匀带电量Q +的球形肥皂泡由半径1r 吹胀到2r ，则半径为R (12r R r <<）的高斯球面上任一点的场强大小E 由204q Rπε变为______________。
答案：09. 如图所示，半径为R 的均匀带电球面，总电荷为Q ，设无穷远处的电势为零， 则球内距离球心为r 的P 点处的电势为____________。
答案： RQU 04επ=二、单项选择题1．根据场强定义式0q FE =，下列说法中正确的是：（ ）()A E 的方向可能与F的方向相反。
()B 从定义式中明显看出，场强反比于单位正电荷；()C 做定义式时0q 必须是正电荷；()D 电场中某点处的电场强度就是该处单位正电荷所受的力；答案：D2．真空中两块互相平行的无限大均匀带电平面。
大学物理电磁学典型习题
部分习题解答第一章 静止电荷的电场1、10 解：（一定要有必要的文字说明）在圆环上与角度θ相应的点的附近取一长度dl ，其上电量 dq =λdl =0λsinθdl ，该电荷在O 点产生的场强的大小为==204RdqdE πε2004sin R dl πεθλθπελsin 400R =θd dE 的方向与θ有关，图中与电荷 dq 对O 点的径矢方向相反。
其沿两坐标轴方向的分量分别为 θθθπελθd RdE dE x cos sin 4cos 00-=-=θθπελθd RdE dE y 200sin 4sin -=-=整个圆环上电荷在圆心处产生的场强的两个分量分别为==⎰x x dE E R004πελ-⎰=πθθθ200cos sin d==⎰Y y dE E R004πελ-⎰-=πελθθ200024sin Rd 所以圆心处场强为 E = E y j = R004ελ-j 1、11 解：先将带电系统看成一个完整的均匀带电圆环计算场强，然后扣除空隙处电荷产生的场强；空隙的宽度与圆半径相比很小，可以把空隙处的电荷看成点电荷。
空隙宽度m d 2102-⨯=，圆半径m r 5.0=，塑料杆长m d r l 12.32=-=π 杆上线电荷密度m C lq/1019-⨯==λ 一个均匀带电圆环，由于电荷分布关于圆心对称，环上对称的二电荷元在圆心处产生的场强互相抵消，因而整个圆环在圆心处的场强E 1= 0 空隙处点电荷设为q /，则q / =d λ，他在圆心处产生的场强m V rdr q E /72.0442020/2===πελπε 方向由空隙指向圆心。
空隙处的电荷实际上不存在，因此圆心处场强等于均匀带电圆环在该点产生的场强与空隙处电荷在该点产生的场强之差，故m V E E E /72.021-=-= 负号表示场强方向从圆心指向空隙。
1、12 解：设想半圆形线CAD 与半圆形线ABC 构成一个圆形如图，且圆上线电荷密度均为λ。
静电场与恒定电场的区别与联系
静电场与恒定电场的区别与联系静电场与恒定电场都是物理学中的基本概念，它们在电学领域中起着非常重要的作用。
虽然它们的名称相似，但它们有着不同的定义和特点。
下面就来详细介绍一下静电场与恒定电场的区别与联系。
静电场是指在空间中一组静止的电荷所形成的场。
静电场的存在是由于电荷之间的相互作用，它可以对其它电荷产生吸引或排斥的作用力。
静电场的强度随着距离的增加而减弱，它的方向与电荷的正负性有关。
静电场的强度可以通过库仑定律来计算，即 F=k*q1*q2/r^2，其中F 为静电作用力，k为库仑常数，q1和q2为电荷大小，r为电荷之间的距离。
恒定电场是指在空间中存在一个不随时间变化的电场。
恒定电场的存在是由于电荷在电场中受到作用力，从而形成了电场。
恒定电场的强度在空间中是均匀的，方向也是固定不变的。
恒定电场的强度可以通过电场强度来描述，即E=F/q，其中E为电场强度，F为电荷受力大小，q为电荷大小。
静电场与恒定电场的联系在于它们都是电学中的基本概念，都是由电荷所形成的电场。
静电场和恒定电场都可以用数学模型来描述其强度和方向，并且它们都可以对其它电荷产生作用力。
静电场和恒定电场都是用来研究电荷之间的相互作用及其对电荷的运动产生的影响。
静电场与恒定电场的区别在于静电场是由静止的电荷所形成的场，而恒定电场是由电荷在电场中运动所形成的场。
另外，静电场的强度随距离的增加而减弱，而恒定电场的强度在空间中是均匀的。
最后，静电场可以存在于空间中的任何位置，而恒定电场只能存在于电荷周围的有限空间中。
综上所述，静电场与恒定电场虽然相似，但它们有着不同的定义、特点和应用。
在电学研究中，对于这两个概念的理解和掌握都是非常关键的。
第10章静止电荷的电场
6、电磁感应现象的发现，是电磁学领域中最重大的 成就之一。电场和磁场的互相联系和转化体现了电场 和磁场两者之间存在着互相既是原因又是结果的新型 逻辑关系，这是一种区别于经典力学的完全确定论 “因果观”的更高层次上的新的“因果观”思想。从 经典力学中单一指向的二元因果逻辑关系发展为多元 因果逻辑关系。
由电势梯度求电场强度的关系式所体现的描述静电 场的非定域思想
5、类比的思想是物理学中的一个重要思想。在刚体力 学中从质点的“线量”到刚体转动的“角量” 就体现 了力学量的类比思想，主要体现的一种“异中求同”的 思想；电磁场类比的目的是在提出磁场与电场存在许多 相似之处的同时更多地揭示“磁量”和“电量” 的相 异，以体现一种“同中求异”的思想。（这种不同之处 来自于电场与磁场不同的性质。）
绪言
19世纪中期，法拉第和麦克斯韦发现，“电磁力”不 同于万有引力，对电磁力的研究需要开辟新的完全不同 于对万有引力研究的道路。爱因斯坦敏锐地洞见了物理 学发展史上这一重大转折，他曾明确指出，牛顿的公理 式方法已经不适用了，并进一步指出 “在研究电和光的 规律时，第一次产生建立新的基本概念的必要性”。
E
F q0
仍然成立。
② 受力电荷不静止的情况下，F qE 仍然成立。
③ 即场静 源电 电场 荷、对受电力荷电的荷作都用不力静与止该时电，荷F的 速q度E无 q关v。 B
（洛仑磁力力）。
说明2：
研究静电场时，电场的引入可以使讨论形象化； 研究运动电荷时，电磁场的重要性就突出地显示
出来了。（此时库仑定律不适用，而高斯定律仍 然适应----从场的整体讨论场源电荷与场的关系）
3q0 …..
3F0 …...
1-4 静止的点电荷的电场及其叠加
Ey = dEy = cos d 4 0 x - Ex = (cos2 - cos1) 结果为 4 0 x
1
2
(sin2 - sin1) Ey = 4 0 x
讨论：如果带电导线为“无限长”直导线，则
1=0，2 = ,于是
Ex= 2 0 x
Ey = 0
无限大的带电板求电场强度……
dEx
2 0 ( x R )
2
2 32
x 2 0
E dE x
R0
0
x 1 1 E ( ) 2 2 2 0 x 2 x R0
RdR 2 2 3/ 2 (x R )
z
R0
R o
dR
P
dE
x
1–4静止的点电荷的电场及其叠加 第一章静止电荷的电场
x 1 1 E ( ) 2 2 2 0 x 2 x R0 讨论 无限大均匀带电 x R0 E 平面的电场强度 2 0 q x R0 E （点电荷电场强度） 2
1–4静止的点电荷的电场及其叠加 第一章静止电荷的电场
例2 正电荷 q 均匀分布在半径为 R 的圆环上. 计算在环的轴线上任一点 . P 的电场强度 由对称性有 E E i 解 E dE
x
q R
y dq dl r
o
q ( ) 2π R
x
P
dE
x
1 dl er 2 4π 0 r
1–4静止的点电荷的电场及其叠加 第一章静止电荷的电场
一
Q F 1 Q E e 2 r Q q0 4 π 0 r
点电荷的电场强度
r r
q0 E E q 0
电磁学第1章--静止电荷的电场
10
当
4 0 r l
2
1
2qlr
2
r
4
2
2 pe EP 3 40 r 1
r l 时 -q l
o
E
P
E
x
或
1 2 pe EP 3 40 r
1 q EQ EQ 2 2 40 (r l 4) z Q点总场强为 EQ 1 q EQ 2 2 2 cos EQ Q 40 (r l 4)
EQ
o
r
E p P l +qq
EP
12
二.电荷连续分布
q dq (1) 电荷体分布 e lim v 0 v dv
e电荷的体密度 q dq lim (2)电荷面分布 e s o s ds e电荷的面密度 (3)电荷线分布 e lim q dq l 0 l dl e电荷的线密度
0 真空电容率(真空介电常数)
C (N m )
2 2
e e ) 9 (1.6 10 解 Fe k 2 9 10 2 2 11 40 r r 5.3 10
2 2
例1 求此二粒子的静电力和万有引力.
氢原子中电子和质子的距离为5.310-11m.
19 2
4
8.110 ( N )
8
Fg G
me m p r
2
6.7 10 (N )
11
9.110
31
5.3 10
1.7 10
11 2
27
3.7 10 Fe 39 10 倍 Fg
47
忽略万有引力
电场形成原理-概述说明以及解释
电场形成原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述电场是物理学中重要的概念之一，它描述了空间中电荷的相互作用和电力的分布。
电场的形成原理涉及到电荷之间的相互作用和电场力的传递。
通过研究电场的形成原理，我们可以更好地理解电磁现象，并应用于各个领域，如电力工程、通信技术以及材料科学等。
在本文中，我们将探讨电场的定义和基本概念，电场的产生机制以及电荷分布对电场的影响。
首先，我们将介绍电场的定义和基本概念，包括电场强度和电势的概念。
然后，我们将深入探讨电场的产生机制，涉及到静电场和电流产生的电场。
静电场是由静止电荷形成的电场，而电流产生的电场是由电流流动引起的。
接下来，我们将讨论电荷分布对电场的影响。
电场的强度和分布取决于电荷的分布情况。
不同的电荷分布会产生不同的电场形态，如均匀电场、点电荷电场和电偶极子电场等。
我们将详细解释电荷分布对电场的影响原理，并通过实例来说明这些原理的应用。
总之，了解电场形成原理对我们更好地理解电磁现象和应用电场的技术具有重要意义。
通过本文的研究，我们将能够深入了解电场的定义和基本概念，掌握电场的产生机制以及电荷分布对电场的影响。
同时，我们也将对电场形成原理的应用和重要性进行总结，并展望未来的研究方向。
1.2 文章结构文章结构的安排是非常重要的，它可以帮助读者清晰地了解整篇文章的组织和内容安排。
在本文中，为了能够深入探讨电场形成原理，文章的结构被分为引言、正文和结论三个主要部分。
在引言部分，我们会对电场形成原理的背景和重要性进行概述。
文章的开篇将对该主题进行宏观上的介绍，帮助读者建立起对电场的基本概念和理解。
接下来的正文部分包括三个小节，分别是电场的定义和基本概念、电场的产生机制，以及电荷分布对电场的影响。
其中，我们会深入解释电场的概念及其基本特征，包括电场的数学定义、电场强度与方向等内容。
然后，我们将详细讨论电场形成的机制，解释电场是如何由电荷产生和影响的。
最后，我们将探讨电荷分布对电场的影响，包括不同电荷分布形式对电场强度的影响等。
静电场基本理论及规律
静电场基本理论及规律静电场是指无时变电荷分布所产生的电场。
它在我们的日常生活和科学研究中都起着重要的作用。
本文将从静电场的概念入手，介绍其基本理论和相关规律。
一、静电场的概念静电场是由静止电荷在周围空间产生的电场。
电荷可以分为正电荷和负电荷，它们相互之间具有吸引力或排斥力。
当电荷分布不均匀时，形成电场，静电场的特点是电场内电荷不随时间变化。
二、库仑定律库仑定律描述的是电荷之间的相互作用力。
它表明，两个电荷之间的作用力与电荷的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
数学表达式为F = k * q1 * q2 / r^2，其中F为作用力，q1和q2为电荷大小，r为两个电荷之间的距离，k为比例常数。
三、高斯定律高斯定律是描述电场的一种重要方法。
根据高斯定律，通过一个闭合曲面的电场通量正比于该曲面内的电荷总量。
数学上可以表示为Φ = ∮E·dA = Q/ε0，其中Φ为电场通量，E为电场强度，dA为曲面元素的面积，Q为曲面内的总电荷量，ε0为真空中的介电常数。
四、电场强度电场强度可以描述电荷在空间中的分布情况。
它定义为单位正电荷所受到的力，即E = F/q，其中E为电场强度，F为作用力，q为测试电荷。
五、电势能和电势电势能是描述电荷所具有的能量。
在静电场中，一个电荷沿着电场方向移动时，其电势能会发生改变。
电势则是单位正电荷所具有的电势能，用V表示。
六、电场线和等势面为了更直观地表示静电场的分布情况，我们可以使用电场线和等势面。
电场线是与电场方向相切的曲线，可以描绘电场的方向和强度。
等势面是指在静电场中，电势相等的面。
七、静电场的应用静电场在生活和科学研究中有广泛的应用。
例如，静电除尘器利用静电的吸附作用清除空气中的灰尘粒子。
静电喷涂技术利用静电引力将液体喷雾带电并吸附于物体表面。
电容器、电感器等电子元件的工作原理也与静电场密切相关。
八、结语静电场是电磁学的基本概念之一，掌握其基本理论和规律对于理解电磁现象和应用静电场具有重要意义。
大学物理静电场课件
单位（SI）： 牛 库 顿 （ 1N 仑 C 1 ）米 或 （ 1V m 伏 1 ）
1E 根 、式 根点据qFE 中 0库rˆ据 的 0电为 仑荷定q4指 1律定 的,，0得 向 r场有q2义 r强场 0P（当 当 的 点 呈qq球00单 时 时F对v,,EE称 位 与 与4分1rr矢 反 同布0 向 向 q）rq径 2。 ； 0 r+ˆ0q。 r-Pq rq0 PEqE0
二、电荷的守恒性
在一个孤立的带电系统中（即没有净电荷通过其界面），无 论发生怎样的物理过程，系统所具有的正负电荷电量的代数 和总是保持不变。——电荷的守恒定律 • 电荷的运动不变性 一个电荷的电量与它的运动状态无关，即 系统所带电荷与参考系的选取无关。
三、电荷的量子性 • 电量 密立根油滴实验
• 电荷的量子性
l
r
dl
2
r0
三. 计算场强 E 分布的基本方法
（3）电磁场可同时在空间叠加。
• 静电场的重要表现
（1）场中任何带电体都受电场力作用 — 动量传递 （用2）、E 带电来U体分在别电描场述中静移电动场时的，上场述对两带项电性体质做功—能量传递 (3)静电场对放在其中的导体有感应作用，对置于其中的电 介质有极化作用
二、电场强度
场源电荷：产生电场的点电荷、点电荷系、或带电体.
第八章 静止电荷的电场
相对于观察者为静止的电荷称为静电荷。它在 空间所产生的场为静电场，它是电磁场的一种特殊 状态。重点讨论真空中的静电场。
• 主要内容
• 描述静电场的两个基本物理量：电场强 度 和电势
• 静电场的两个基本定理：高斯定理和环 流定理
• 电势与电场的关系
结构框图
电相互作用
库仑定律
05静电场——习题课
1.14（1）点电荷 位于边长为 的正立方体的中心， （ ）点电荷q位于边长为 的正立方体的中心， 位于边长为a 通过此立方体的每一面的电通量各是多少？ 通过此立方体的每一面的电通量各是多少？ （2）若电荷移至正方体的一个顶点上，那么通过每 ）若电荷移至正方体的一个顶点上， 个面的电通量又各是多少？ 个面的电通量又各是多少？ q 解： 1）由于立方体的 6 个侧面对于其 （ ） ● 中心对称， 则由Gauss定理知，通过各 定理知， 中心对称， 则由 定理知 个面的电通量都相等。 个面的电通量都相等。且等于整个闭合 q ● 高斯面电能量的六分之一， 高斯面电能量的六分之一，所以每个面 通过的电通量应为 q / (6ε0)。 。 填空题1039 （本题 分）在边长为 的正 本题3分 在边长为a的正 填空题 a 方形平面的中垂线上，距中心o点 方形平面的中垂线上，距中心 点a/2 处 q 有一电量q的正电荷，则通过该平面的电 有一电量 的正电荷， 的正电荷 ● a a/2 场强度通量为 q / (6ε0) 。 为边长作一个正六面体。 解：以a 为边长作一个正六面体。
ε0
E = 0 (r < a ) r > a , q int = 2π al σ , E 在筒外， 在筒外， δa (r ≥ a ) E = ε 0r o E-r 曲线如图。 曲线如图。
E∝1 r
a
r
1.18 两个无限长同轴圆筒半径分别为R1和R2，单位长 两个无限长同轴圆筒半径分别为 度带电量分别为+λ和 。求内筒内、 度带电量分别为 和-λ。求内筒内、两筒间及外筒外的 电场分布。 电场分布。 根据电场分布的轴对称性， 解：根据电场分布的轴对称性，可以选与圆筒同轴的圆 柱面(上下封顶 作高斯面。再根据高斯定律即可得出： 上下封顶)作高斯面 柱面 上下封顶 作高斯面。再根据高斯定律即可得出： 在筒内， 在筒内，r < R1 ： E = 0 在筒间， 在筒间， R1 < r < R2 ：
高考物理知识点之静电场
高考物理知识点之静电场静电场是物理学中重要的概念之一，也是高考物理考试中常见的知识点之一。
本文将介绍静电场的基本概念、性质以及与高考相关的考点和解题技巧。
一、静电场的定义和基本概念静电场是由静止的带电粒子所产生的电场。
当带电粒子处于静止状态时，其周围会形成一个电场，该电场不随时间而变化。
静电场可根据电荷的性质进行分类，其中正电荷所产生的电场方向指向电荷，而负电荷所产生的电场则指向远离电荷。
根据库仑定律，静电场的强度与电荷量成正比，与距离的平方成反比。
这意味着电荷量越大、距离越近，则静电场的强度越大。
二、静电场的性质1.电场强度（E）：电场强度定义为单位正电荷所受到的电场力。
其单位是牛顿/库仑，用符号E表示。
在空间中任意一点，其电场强度的大小与该点离电荷的距离有关，且沿径向指向电荷。
2.电场线：为了描述电场的分布情况，我们通常使用电场线来表示。
电场线是从正电荷出发，指向负电荷或者无穷远的一条曲线。
电场线的密度表示电场强度的大小，靠近电荷时密度较大，远离电荷时密度较小。
3.电势（V）：电场力对单位正电荷所做的功即为电势。
电势的单位是伏特，用符号V表示。
电势是一个标量，其大小与电荷的符号无关。
在电势相对较高的地方，电子将会发生自由运动，而在电势较低的地方则会受到斥力，被吸向高电势区。
三、高考相关考点和解题技巧1.电场强度的计算根据库仑定律，电场强度的计算公式为E=kQ/r^2，其中k是库仑常数，Q是电荷量，r是距离。
在高考物理试题中，常常需要计算两个带电体之间的电场强度，需要特别注意单位制的转换和计算过程的准确性。
2.电势能和电势差的计算电势能是指将单位正电荷从无穷远处移到某一点所做的功。
电势差是指单位正电荷由一个位置移到另一个位置所做的功。
在高考物理试题中，经常涉及到电势能和电势差的计算，需要理解它们的定义，并掌握相关的计算方法和公式。
3.电场力和位移的关系根据电场的性质，电场力的大小与电荷量成正比，与距离的平方成反比。
第七章 静止电荷的电场
2
s inθdθ
1
4 oa (cosθ1 cosθ2 ) 29
y
Ex 4 oa (sinθ2 sinθ1 )
dE dEy
Ey 4 oa (cosθ1 cosθ2 )
讨论: (1)对无限长带电直线,
1=0和 2=；代入得
dEx • P
ar
1
o 图7-3
x
dx dq
2
x
Ex 0,
记住！
4 o R2
cos
Q
2 o R2 sin 2
Q
dE y
o
d x
R
dq
图7-4
31
例题7-4 一圆环半径为R、均匀带电q，求轴线 上一点的场强。
解 由对称性可知，轴线上的
电场方向是沿轴线向上的。
dE
E dE
E
dq 环 4 or 2
cos
p
x r
q
cosθ
4 or 2
即 E 1
qx
4 o ( x 2 R2 )3/ 2
静电场：
由相对于观察者静止的电荷激发的电场
12
2. 电场强度
目的：定量描述电场的强弱和方向
出发点：电场对电荷施力作用 准备工作：试验电荷q0
条件：相对于场分布的空间， q0可视为点电荷。 q0电量足够小，对待测的电场分布的影响可忽略。 实验现象： ①同一q0 ，在场中不同点，受力大小和方向各不相同。
单位：N/C,或V/m
电场中某点处的电场强度是一矢量。其大小等于单位 电荷在该点所受电场力的大小。
方向由 E F 定出.
q 0为试验电荷的q电0 量,q0可正、可负，F 为试验电荷所
受到的力.
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dE
dx i 2 4 0 ( L r x)
21
Q L
P点的总场强：
E dE i
[讨论] 若 r >> L，则
dx 2 0 4 0 L ( L r x) Q i 4 0 r ( L r )
L
Q
E
Q i 2 4 0 r
故
[讨论] ①环心(x=0)处,场强为零;
② x<0，结果也成立; ③ xR ——点电荷的场强.
E
作业：Chap. 1-2,3,4。
24
§1.5 电场线(Electric Field Lines) ——表示场强分布的有向曲线 (旧称电力线)
EA EB
C
B
EC
A
每点切线方向：代表该点场强方向。
S
0
⑵对于电荷系电场中任意闭曲面S 由场强叠加原理,有
E d S ( E ) d S i S S Ei dS
S
q内
0
Notes: ① E dS 中的 E 是曲面上各点的场 S 强，由曲面内外所有电荷共同产生 ，但积分结果仅依赖于曲面内电荷 的代数和.
2
五、教学要求
1、听课 2、作业 3、考试
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通过曲面S的电通量： e E dS
S
30
2
/2
n
2
E
n
2Байду номын сангаас
S
E
0 /2
规定：封闭曲面外法向为正 穿入的电场线 穿出的电场线
e 0 e 0
Notes: ①通量可正、可负，亦可为零． ②对于闭曲面，规定其法线方向指 向曲面外侧．
②该定理反映了静电场的一个基本 性质——有源性. 定义:对于矢量场 V ,若对于任意闭 曲面S,积分 V dS 恒为零,则称 V S 为无源场；否则，称之为有源场.
③高斯定理适用于任何电场 (库仑定律仅适用于静电场)
e.g. 静止点电荷的电场：
——点电荷的场强
22
[例1-2] 均匀带电(q)圆环轴线上一点的场强 dq R
dE 解：由轴对称性： E E i x
O
x
X
dq 环上dq的贡献：dE x cos 2 40
23
cos 于是 Ex dEx dq 2 4 0 qx q cos 2 2 2 3/ 2 4 0 40 ( x R )
1971年，
4 10 (Coulomb) 5 5 10 (Maxwell) 9 2 10 (Laudon) 16 2.7 10 (Williams)
如果违反： 电荷将不守恒
电磁辐射公式要修改 会出现真空色散 破坏光速不变原理 不存在稳定的行星轨道
2
q内 E dS
S
0
[推导] ⑴对于点电荷q的电场 ①闭曲面: 以q为中心的球面S
R
q
S
则有 e E dS S q 0 r dS 2 S 4 R 0 q dS 2 S 40 R
q 2 4R 2 40 R q 0
希望积极参加两级物理竞赛
5
平时成绩与竞赛获奖的关系
1. 出勤
2. 作业 3. 平时测验
5%
10% 15% （3次）
竞赛获奖者仍须参加每次平时测验，否则扣除 出勤1分。
6
电磁学 (ELECTROMAGNETISM)
——电磁场及其与物质的相互作用 静止电荷的电场 电势 静电场 静电场中的导体 静电场中的电介质 磁力 恒定磁场 磁场的源 电磁感应与Maxwell方程组
9
e.g. 质子 p=2(2e/3)+1(-e/3)
下夸克
⑶守恒性 ——在任何相互作用过程中,q保持不变 2 3 4 1 e.g. 聚变反应：1 H 1 H 2 He 0 n 正负电子湮灭：1 e 1 e 2 (Positron Annihilation Technique) ⑷相对论不变性 ——在不同参考系中观察,同一粒子的q不变 2.点电荷(point charge) ——点状电荷(理想模型) 适用情形: 带电体尺寸<<问题中涉及的线度
14
§1.3 电力叠加原理(Principle of Superposition for Electric Forces) q1 实验确定： q0 Fi q
2
qi
F
qN
Note:
物理本质:两个电荷 之间的作用力不因 其它电荷的存在而 改变.
F Fi
库仑定律＋电力叠加原理＝静电学的 实验基础
18
qN
电荷连续分布情形：
E dE
电荷元dq产生的场强 Note: 点电荷场强＋场强叠加原理＝计算场 强的基本方法
19
• 电场强度计算基本步骤：
r
P
dE
E
dq r0 2 q 4 r 0
dq
•建立合适的坐标系 •任取一个电荷元dq dq在P点的场强dE
大小 dE 4 0 r 2
dq
方向 •判断一下其他电荷元在P点产生的场强的方向
方向一致E是标量叠加
方向不一致E是矢量叠加 dE dEx i dEy j
E dE
20
3.场强计算举例 [例1-1] 均匀带电(Q)直线段延长线上一点的 场强． L r X p x x+dx O 解：建立坐标轴如图 xx+dx电荷元产生的场强：
15
§1.4 电场强度(Electric Field) M.Faraday(1791-1867)
q1
E1 E2
“场”的概念
q2
电场——一种物质(场物质)
电场的描述—— E , U , w
场强 电势 能量密度
16
1.场强的定义
E F / q0
SI单位：N/C or V/m
7
电磁学
第一章 静止电荷的电场 (Electrostatic Field in Resting Electric Charge)
内容： 库仑定律 电场强度 电通量 高斯定律
§1.1 电荷(Electric Charge) ——物质的一种属性
8
1.电荷的性质 ⑴只有两种类型——正与负 ⑵量子性——q是基本单元的整数倍 基本单元 实验: e=1.60210-19 C 理论: e/3, 2e/3(夸克quark) 上夸克 中子 n=1(2e/3)+2(-e/3)
本班学生下载课件：dxh_kejian@
3
关于本学期物理竞赛通知
• (1)校内物理知识竞赛： 在校内物理知识竞赛中获一、二、三等奖及优胜 奖的同学，平时成绩按30%计(考勤5%，作业10%， 竞赛获奖15%)，其中竞赛获奖一项给满分15分； 在校内物理知识竞赛中获一、二、三等奖的同学可获 得创新学分2分。 （获奖者总数不超过参赛者的20%） • (2)北京地区物理竞赛： 全程参赛者(参加辅导课以及竞赛)可获得创新学分； 其它，本课不再给予奖励，因为学校已有配套的奖励 制度。(2)北京地区物理竞赛： 全程参赛者(参加辅导课以及竞赛)可获得创新学分； 其它，本课不再给予奖励，因为学校已有配套的奖励 制度。 4
Notes: ①
q0可正可负 ② E 是场量，与 q0无关 1 q 点电荷场强 E r 2 0 4 0 r
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2.场强叠加原理 q1
q2
qi
E P i E
E Ei
F Fi F i E [来历] E i q0 q0 q0
31
[例1-3] 如图,求通过半球面的电通量(以球 面的外法线方向为给定指向). 它等于通过半球面底 解： E R 面的电通量:
e R E
2
[思考] ①若半球面的对称轴 E ,结果? ②若对称轴与 E 的夹角为,结果?
§1.7高斯定律(Gauss’s Theorem) ——通过任意闭曲面的电通量等于该曲面所 包围的电荷的代数和除以0
——按给定指向穿过一曲面的电场线数目
n0
E
dS
S
n0 ：法线方向单位矢
量(有确定指向)
0 计算：定义矢性面元 dS dS n
29
dS
dS
dS E
按给定指向穿过面 元的电场线数目:
de E dS E dS cos E dS
令 k=1/40
0 得 F q1q2 r 2 40 r
0=8.851012 C2/Nm2——真空介电常量 or 真空电容率(permittivity of vacuum)
Notes: ①实验的精确度:
q1q2 F 2 r
12
12