第一章-静电场的基本规律PPT课件
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2024全新高中物理《静电场》ppt课件
03 导体表面电荷分布
在静电平衡状态下，导体表面电荷分布是不均匀 的，电荷密度与表面曲率有关，曲率越大的地方 电荷密度越大。
绝缘体在静电场中表现
01
不导电性
绝缘体内部几乎没有自由电子，因此在静电场作用下，不会像导体那样
出现明显的电荷重新分布。
02 03
极化现象
虽然绝缘体内部没有自由电子，但在强电场作用下，其内部的束缚电荷 可能会发生微小位移，导致绝缘体两端出现微弱的异种电荷，这种现象 称为极化。
击穿现象
当静电场强度超过一定限度时，绝缘体会被击穿，变成导体，此时会出 现明显的电流和电荷重新分布。
导体和绝缘体之间相互作用
静电感应起电
当一个带电体靠近一个中性导体时， 由于静电感应现象，导体会出现异种 电荷，这种现象称为静电感应起电。
接触起电
静电屏蔽
在某些情况下，绝缘体可以起到静电 屏蔽的作用。例如，将一个带电体放 入一个空腔的绝缘体内部，外部将不 会受到内部带电体的影响。
当两个不同电势的导体相互接触时， 会发生电荷转移，使得两个导体达到 相同的电势，这种现象称为接触起电。
接地金属物体上感应起电现象
接地金属物体的性质
接地金属物体是指与大地相连的金属物体。由于大地是一个巨大的导体，因此接地金属物体 具有与大地相同的电势。
感应起电现象
当带电体靠近接地金属物体时，由于静电感应现象，接地金属物体会出现异种电荷。此时如 果将接地金属物体与带电体接触再分离，接地金属物体就会带上与带电体相反的电荷。
静电除尘技术原理及实践应用
原理
利用高压静电场使气体电离，尘粒与负离子结合带上负电后， 趋向阳极表面放电而沉积。
实践应用
工业废气处理、空气净化等领域，可去除微小颗粒，净化效率 高。
在静电平衡状态下，导体表面电荷分布是不均匀 的，电荷密度与表面曲率有关，曲率越大的地方 电荷密度越大。
绝缘体在静电场中表现
01
不导电性
绝缘体内部几乎没有自由电子，因此在静电场作用下，不会像导体那样
出现明显的电荷重新分布。
02 03
极化现象
虽然绝缘体内部没有自由电子，但在强电场作用下，其内部的束缚电荷 可能会发生微小位移，导致绝缘体两端出现微弱的异种电荷，这种现象 称为极化。
击穿现象
当静电场强度超过一定限度时，绝缘体会被击穿，变成导体，此时会出 现明显的电流和电荷重新分布。
导体和绝缘体之间相互作用
静电感应起电
当一个带电体靠近一个中性导体时， 由于静电感应现象，导体会出现异种 电荷，这种现象称为静电感应起电。
接触起电
静电屏蔽
在某些情况下，绝缘体可以起到静电 屏蔽的作用。例如，将一个带电体放 入一个空腔的绝缘体内部，外部将不 会受到内部带电体的影响。
当两个不同电势的导体相互接触时， 会发生电荷转移，使得两个导体达到 相同的电势，这种现象称为接触起电。
接地金属物体上感应起电现象
接地金属物体的性质
接地金属物体是指与大地相连的金属物体。由于大地是一个巨大的导体，因此接地金属物体 具有与大地相同的电势。
感应起电现象
当带电体靠近接地金属物体时，由于静电感应现象，接地金属物体会出现异种电荷。此时如 果将接地金属物体与带电体接触再分离，接地金属物体就会带上与带电体相反的电荷。
静电除尘技术原理及实践应用
原理
利用高压静电场使气体电离，尘粒与负离子结合带上负电后， 趋向阳极表面放电而沉积。
实践应用
工业废气处理、空气净化等领域，可去除微小颗粒，净化效率 高。
电磁学--第三版--课件
dEx
•
P
a
r
1
2
O x dx
x
由此得
d
Ex
4 π 0a
cos
d
d
Ey
4 π 0a
sin
d
将以上两式对整个带电细棒积分
第一章 静电学的基本规律
电磁学
1-3 电场和电场强度
y
dE dE y
dEx
•
P
ar
1
2
O x dx
x
Ex
4 π0a
2 cos d
1
4
π
0a
(sin
2
sin
1 )
Ey
4 π0a
12
电磁学
1-3 电场和电场强度
电偶极子是一个重要的物理模型，在研究电介质的极化、 电磁波的发射和吸收等问题时，都要用到这个模型。
在均匀外电场中，电偶极子所受 的合力为零，电偶极子在电场中 所受的力矩
M flsin qElsin
PEsin
M PE
+f
f
l
P
E
第一章 静电学的基本规律
F
i 1
i
Fi
E
F
qi 对 q0 的作用
q0
F1 F2 Fn
q0
q1
e1
q2
P
r1
e2 r2
e3
r3
q0
q3
E1 E2 En
第一章 静电学的基本规律
F3 F2 F1
8
电磁学
1-3 电场和电场强度
q1 q2
e1
r1
e2 r2
P
e3
静电场ppt课件
性质
电场线始于正电荷，终止于负电荷，不闭合也不 相交。
应用
通过电场线的分布可以直观地了解电场的强弱和 方向，有助于解决实际问题。
04
静电场的物理效应
电场对带电粒子的作用
静电场对带电粒子产生力作用，使带电粒子在电场中受到电场力。 电场力对带电粒子产生加速度，使带电粒子在电场中运动。
带电粒子在电场中运动时，会受到电场力做功，从而改变带电粒子的动能和势能。
静电除尘广泛应用于工业和环保领域，如燃煤电厂、垃圾焚烧厂等。
静电复印
静电复印
利用静电场将墨粉或色粉吸附在纸张上，通过显影、转印、定影等 过程形成图像或文字。
原理
通过充电辊给纸张施加电荷，然后通过墨粉盒施加带相反电荷的墨 粉，在电场力的作用下墨粉被吸附在纸张上形成图像。
应用
静电复印广泛应用于办公、印刷等领域。
电场强度
电场中某点的电场强度， 等于单位正电荷在该点所 受的电场力。
静电场的性质
方向性
电场线有方向，电场强度 的方向与电场线垂直，并 指向负电荷。
矢量性
电场强度是矢量，具有大 小和方向。
独立性
电场中某点的电场Байду номын сангаас度由 该点附近的电荷独立决定。
静电场的分类
按源分
按边界条件分
静电场可分为孤立导体静电力产生的 静电场和电荷分布产生的静电场。
静电喷涂
静电喷涂
01
利用静电场将涂料微粒吸附在工件表面，通过热固化或交联固
化等过程形成涂层。
原理
02
工件接地后与喷枪电极之间形成高压电场，涂料微粒在电场力
的作用下被吸附在工件表面。
应用
03
静电喷涂广泛应用于汽车、家具、机械等领域，具有涂层均匀、
电场线始于正电荷，终止于负电荷，不闭合也不 相交。
应用
通过电场线的分布可以直观地了解电场的强弱和 方向，有助于解决实际问题。
04
静电场的物理效应
电场对带电粒子的作用
静电场对带电粒子产生力作用，使带电粒子在电场中受到电场力。 电场力对带电粒子产生加速度，使带电粒子在电场中运动。
带电粒子在电场中运动时，会受到电场力做功，从而改变带电粒子的动能和势能。
静电除尘广泛应用于工业和环保领域，如燃煤电厂、垃圾焚烧厂等。
静电复印
静电复印
利用静电场将墨粉或色粉吸附在纸张上，通过显影、转印、定影等 过程形成图像或文字。
原理
通过充电辊给纸张施加电荷，然后通过墨粉盒施加带相反电荷的墨 粉，在电场力的作用下墨粉被吸附在纸张上形成图像。
应用
静电复印广泛应用于办公、印刷等领域。
电场强度
电场中某点的电场强度， 等于单位正电荷在该点所 受的电场力。
静电场的性质
方向性
电场线有方向，电场强度 的方向与电场线垂直，并 指向负电荷。
矢量性
电场强度是矢量，具有大 小和方向。
独立性
电场中某点的电场Байду номын сангаас度由 该点附近的电荷独立决定。
静电场的分类
按源分
按边界条件分
静电场可分为孤立导体静电力产生的 静电场和电荷分布产生的静电场。
静电喷涂
静电喷涂
01
利用静电场将涂料微粒吸附在工件表面，通过热固化或交联固
化等过程形成涂层。
原理
02
工件接地后与喷枪电极之间形成高压电场，涂料微粒在电场力
的作用下被吸附在工件表面。
应用
03
静电喷涂广泛应用于汽车、家具、机械等领域，具有涂层均匀、
大学物理课件静电场
有限差分法求解边值问题
有限差分法原理
将连续的空间离散化为网格，用差分方程近 似代替微分方程进行数值求解。
有限差分法的离散化方案
常见的离散化方案包括向前差分、向后差分 和中心差分等。
有限差分法的求解步骤
建立差分方程、确定边界条件、采用迭代法 或直接法求解差分方程得到近似解。
06 静电危害防护与 安全措施
连续分布电荷系统势能计算方法
通过积分求解连续分布电荷的势能，需考虑电荷分 布的空间范围和形状。
静电场能量密度和总能量
静电场能量密度定义
单位体积内静电场所具有的能量。
静电场能量密度计算公式
$w = frac{1}{2} varepsilon_0 E^2$，其中$varepsilon_0$为真空 介电常数，$E$为电场强度。
静电场总能量计算
通过对静电场能量密度在空间上的积分，可求得静电场的总能量。
能量守恒定律在静电场中应用
能量守恒定律表述
在一个孤立系统中，无论发生何种变化，系统的总能量保持不变。
静电场中能量转化与守恒
在静电场中，电荷的移动和电场的变化都会伴随着能量的转化，但 总能量保持不变。
应用实例
如电容器充放电过程中，电场能与电源提供的电能或其他形式的能 量相互转化，但总能量不变。
分离变量法的适用范围
适用于具有规则几何形状和简单边界条件的静电场问题。
格林函数法求解边值问题
1 2
格林函数法原理
利用格林函数表示点源产生的场，并通过叠加原 理求解任意源分布产生的场。
格林函数的性质 格林函数具有对称性、奇异性和边界条件等性质。
3
格林函数法的应用步骤 确定格林函数、将源分布表示为点源的叠加、利 用格林函数求解场分布。
静电场(全课件)
PA R T. 0 1
静电场(全课件)
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CONTENTS
目录
静电场的 简介
电场的基 本概念
静电场的 计算方法
静电场的 实际应用
静电场的 未来发展
PA R T. 0 2
静电场的简介
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静电场的定义
静电场是保守场，即电场力做功与路径无关，只与 初末位置的电势差有关。 静电场是由静止电荷产生的电场，其电场线从正电 荷出发，终止于负电荷或无穷远处。
定义
电场强度是描述电场中电场力性质的物理量， 用矢量表示，单位为牛/库或伏/米。
计算公式
在点电荷产生的电场中，电场强度的大小等 于点电荷的电量与距离的平方的比值，方向 由点电荷指向其周围的电场线。
电场强度的叠加原理
在空间中某一点的电场强度等于各个点电荷 在该点产生的电场强度的矢量和。
电势
电势是描述电场中电势能性质的物 理量，用标量表示，单位为伏特。
电场的基本概念
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电场线
电场线是用来描述电场分布的假想线，其 密度表示电场强度的大小。 描述电场分布 电场线的方向 电场线的切线 电场线的方向与电场强度矢量方向一致， 从正电荷或无穷远指向负电荷或无穷远。 电场线的切线方向表示电场强度的方向， 切线的长度表示电场强度的大小。
电场强度
离子交换 离子交换是一种常用的水处理技术，通过电场的 作用，使带电离子在电场中发生定向迁移，从而 实现离子的交换和去除。
电场在生物医学中的应用
医学成像
01
医学成像技术如X光、CT等利用电场的作用，使不同物质在电
场中的吸收和散射程度不同，从而实现医学成像。
电刺激细胞
静电场(全课件)
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CONTENTS
目录
静电场的 简介
电场的基 本概念
静电场的 计算方法
静电场的 实际应用
静电场的 未来发展
PA R T. 0 2
静电场的简介
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静电场的定义
静电场是保守场，即电场力做功与路径无关，只与 初末位置的电势差有关。 静电场是由静止电荷产生的电场，其电场线从正电 荷出发，终止于负电荷或无穷远处。
定义
电场强度是描述电场中电场力性质的物理量， 用矢量表示，单位为牛/库或伏/米。
计算公式
在点电荷产生的电场中，电场强度的大小等 于点电荷的电量与距离的平方的比值，方向 由点电荷指向其周围的电场线。
电场强度的叠加原理
在空间中某一点的电场强度等于各个点电荷 在该点产生的电场强度的矢量和。
电势
电势是描述电场中电势能性质的物 理量，用标量表示，单位为伏特。
电场的基本概念
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电场线
电场线是用来描述电场分布的假想线，其 密度表示电场强度的大小。 描述电场分布 电场线的方向 电场线的切线 电场线的方向与电场强度矢量方向一致， 从正电荷或无穷远指向负电荷或无穷远。 电场线的切线方向表示电场强度的方向， 切线的长度表示电场强度的大小。
电场强度
离子交换 离子交换是一种常用的水处理技术，通过电场的 作用，使带电离子在电场中发生定向迁移，从而 实现离子的交换和去除。
电场在生物医学中的应用
医学成像
01
医学成像技术如X光、CT等利用电场的作用，使不同物质在电
场中的吸收和散射程度不同，从而实现医学成像。
电刺激细胞
第一章静电场的基本规律
l
ql 3 2 2 4 0 (r l ) 2 4
方向沿X轴的反方向。
4
3）偶极子 等量异号电荷±q，当 l >>电荷自身线度 l << 系统到场点的距离，称为偶极子系统
偶极矩：p ql
偶极子的场：
方向由- q指向+q
4 0 1 P': E 4 0
P:E
1
2p r3 p r3
电
磁
学
主讲：郑鹉 王海
参考教材：《电磁学》梁灿彬等 高教社 《电磁学》赵凯华等有两种：
静电场的基本规律
电荷
一、两种电荷：
正电荷（+）,负电荷（ ） 同种电荷间相互排斥；异种电荷间相互吸引。
2、电量
物体所带电荷数量的多少
3、电荷的量子化
物体所带电量的最小单元
e 1.6 10
E
1 4 0
1
2p r3
E
4 0
p r3
q 1 1 P点 E E E 2 2 4 0 （r l ） （r l ） 2 2 l 2 l 2 (r ) (r ) q 2rl 2 2 q E 4 0 (r l ) 2 (r l ) 2 4 0 (r l ) 2 (r l ) 2 2 2 2 2 q 2l l2 2 4 0 3 r (1 2 ) 4r
略l/r的平方项，且利用 偶极矩：p ql
P:E
1 4 0
2p r3
E
1 4 0
2p 3 r
P’点
略l/r的平方项，且利用 偶极矩：p ql
P': E 1 4 0 p r3
电磁学(地物)课件 第一章-1
5、电荷与质量重要区别？
e 1.60218921019库仑
• 二、库仑定律（coulomb’s law) • 法国物理学家（1736－1806）
• 点电荷之间的相互作用规律 • 点电荷：
• 库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的作用力：
F10
k
q0q1 | r10 |3
r10
F01
三 、 叠加原理：
3、任意带电体
（将连续分布带电体无限分割为一个个电荷元）
连续带电体的电场
对电荷连续分布的带电体,可划分为无限多个电荷
元dq(点电荷), 用点电荷的场强公式积分：
Q E
dE
Q
dq
Q 4 0r 2 er
dq dV
r 体电荷分布 dq dq dV
P
dV
dE
面电荷分布 dq dq ds
Ey
4 0 a
(cos1
cos2 )
当直线长度
Ex Ey
0
4
L 0a
2
{
1 2
第一章 真空中的静电场
• 1.1 电荷守恒 • 1.2 库仑定律 • 1.3 叠加原理 • 1.4 电场强度 • 1.5 高斯定理 • 1.6 环路定理 • 1.7 电势
一、电荷 电为物质的一种基本特性，电不能离开物质而
存在，不存在不依附物质的“单独电荷”。 1、电荷的种类：两种 2、最小电量、电荷的量子性 3、电荷的对称性 4、电荷守恒
q0 40r3
电场强度E是 坐标函数E(x,y,z)
单位： N c
or
伏特 米
电场是带电体周围的一个具有特定性质的空 间，该空间的任一点，外来电荷都会受到一定 大小、方向的作用力。
e 1.60218921019库仑
• 二、库仑定律（coulomb’s law) • 法国物理学家（1736－1806）
• 点电荷之间的相互作用规律 • 点电荷：
• 库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的作用力：
F10
k
q0q1 | r10 |3
r10
F01
三 、 叠加原理：
3、任意带电体
（将连续分布带电体无限分割为一个个电荷元）
连续带电体的电场
对电荷连续分布的带电体,可划分为无限多个电荷
元dq(点电荷), 用点电荷的场强公式积分：
Q E
dE
Q
dq
Q 4 0r 2 er
dq dV
r 体电荷分布 dq dq dV
P
dV
dE
面电荷分布 dq dq ds
Ey
4 0 a
(cos1
cos2 )
当直线长度
Ex Ey
0
4
L 0a
2
{
1 2
第一章 真空中的静电场
• 1.1 电荷守恒 • 1.2 库仑定律 • 1.3 叠加原理 • 1.4 电场强度 • 1.5 高斯定理 • 1.6 环路定理 • 1.7 电势
一、电荷 电为物质的一种基本特性，电不能离开物质而
存在，不存在不依附物质的“单独电荷”。 1、电荷的种类：两种 2、最小电量、电荷的量子性 3、电荷的对称性 4、电荷守恒
q0 40r3
电场强度E是 坐标函数E(x,y,z)
单位： N c
or
伏特 米
电场是带电体周围的一个具有特定性质的空 间，该空间的任一点，外来电荷都会受到一定 大小、方向的作用力。
静电学基础理论ppt
正常状态下，原子核外的电子数目，等于原子核内的 质子数目，所以原子呈电中性。当物体失去或得到电子时， 电子的总数和质子的总数不再相等，就呈现电性，这时称 该物体静电起电或物体处于带电状态。
4
在不氢同分的子参有照两系个内质观子察，，它同们一作带为电两粒个子原的子电核量，不
变，保子电持，荷一但的定它这的 们一相组特对成性距一叫离个做转原电动子荷；核的氦，相原两对子个中 质论也子不有紧变两密性个的质束
电位成了电场中点的单值函数，因此，用电位来描述电 场的特性是完全可行的。
第一章 静电学基础理论
37
几种典型电场中的电位表达式： 点电荷场中的电位： 线电荷场中的电位： 面电荷场中的电位：
体电荷场中的电位：
第一章 静电学基础理论
38
等势面和电势（位）梯度
一、等势面 等势面： 静电场中，电势相等的点所组成的曲面。
正电荷q发出q/0根电力线，并有q/0根电力
线终止于负电荷-q.
E2 n2
➢电力线的疏密与场强的大小
S2
电力线变得稀疏的地方场强比
较弱，电力线变得密集的地方场
强比较强。 E1 S1 E2 S2
E1 n1 S1
23
从高斯定理的表达式可以看出：
穿出闭合面
进入闭合面
穿进=穿出
这说明电荷是E通量的“源”，正电荷为正
发出
终止
连续，穿过
26
环流定理：
散度只是矢量场的一个性质，要确定静 电场的全面性质，还必须研究静电场的 旋度。旋度反映的是场的环流性质。
从物理课程学习中已经知道，从直观的 电场线图象就可以看出，静电场的电场 线分布是没有漩涡状结构的。因而可以 推想电场是无旋的。
27
4
在不氢同分的子参有照两系个内质观子察，，它同们一作带为电两粒个子原的子电核量，不
变，保子电持，荷一但的定它这的 们一相组特对成性距一叫离个做转原电动子荷；核的氦，相原两对子个中 质论也子不有紧变两密性个的质束
电位成了电场中点的单值函数，因此，用电位来描述电 场的特性是完全可行的。
第一章 静电学基础理论
37
几种典型电场中的电位表达式： 点电荷场中的电位： 线电荷场中的电位： 面电荷场中的电位：
体电荷场中的电位：
第一章 静电学基础理论
38
等势面和电势（位）梯度
一、等势面 等势面： 静电场中，电势相等的点所组成的曲面。
正电荷q发出q/0根电力线，并有q/0根电力
线终止于负电荷-q.
E2 n2
➢电力线的疏密与场强的大小
S2
电力线变得稀疏的地方场强比
较弱，电力线变得密集的地方场
强比较强。 E1 S1 E2 S2
E1 n1 S1
23
从高斯定理的表达式可以看出：
穿出闭合面
进入闭合面
穿进=穿出
这说明电荷是E通量的“源”，正电荷为正
发出
终止
连续，穿过
26
环流定理：
散度只是矢量场的一个性质，要确定静 电场的全面性质，还必须研究静电场的 旋度。旋度反映的是场的环流性质。
从物理课程学习中已经知道，从直观的 电场线图象就可以看出，静电场的电场 线分布是没有漩涡状结构的。因而可以 推想电场是无旋的。
27
静电场的基本规律
第一章 静电场的基本规律
§1.2 库仑定律
一、点电荷模型
q1
r12
q2
q1
r12
d
q2
如果带电体的线度比带电体之间的距离小
17/ 200
第一章 静电场的基本规律
得多，即 d r12 ，这样的带电体叫做点电
荷。
注意 点电荷是一种理想模型。
对这个概念的理解应该有一个相对的观
点，不能单纯由 d的大小来判断是不是点电
3/ 200
第一章 静电场的基本规律
（3）对于描写静电场性质的两个定理—高斯定 理和环路定理，要求明确其基本意义，并会用 高斯定理求三种对称性的电场分布。
4/ 200
第一章 静电场的基本规律
§1.1 电荷
一、摩擦起电 两种电荷 1. 摩擦起电
用丝绸或毛皮摩擦过的玻璃棒或硬橡胶棒 等能吸引轻小的物体（如纸屑、羽毛、头发 等），这表明它们在摩擦后进入一种特别的状 态。我们把处于这种状态的物体叫做带电体。
物质内部固有地存在电子和质子这两类基 本电荷正是各种物体带电过程的内在原因。失 去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电。
10/ 200
第一章 静电场的基本规律
摩擦起电实际上是通过摩擦作用，使电子 从一个物体转移到另一个物体的过程。
带电过程的实质是电子的转移 三、电荷守恒定律
在一个与外界没有电荷交换的系统内， 正负电荷的代数和在任何物理过程中始终保 持不变，这叫做电荷守恒定律。
第一章 静电场的基本规律
真 空 — 是指没有任何实物的空间 静电场 — 相对于惯性系静止的电荷所激发的 电场 内 容：
（1）从两个相对静止的点电荷相互作用的规 律—库仑定律出发（加上叠加原理），研究电 场对电荷的作用力，引入电场强度这一重要概 念。
大学物理静电场PPT课件
象。
雷电防护
避雷针是利用尖端放电原理来保护建筑物等免受雷击的一种装置。在雷雨天气，云层中 的电荷使避雷针尖端感应出与云层相反的电荷，由于避雷针尖端的曲率大，电荷密度高 ，使得其周围电场强度特别强，容易将空气击穿而产生放电现象，从而将云层中的电荷
引入大地，避免了对建筑物的雷击。
02 静电场中的电介质
05 静电场在生活、生产中的应用
静电除尘原理及设备简介
静电除尘原理
利用静电场使气体中的粉尘荷电，然后在电场力的作用下使粉尘从 气流中分离出来的除尘技术。
设备组成
主要包括电极系统、高压电源、收尘装置、气流分布装置、振打清 灰装置及电除尘器的外壳等。
工作过程
含尘气体在通过高压电场时，粉尘颗粒荷电并在电场力作用下向电极 运动，最终沉积在电极上，通过振打等方式使粉尘落入灰斗中。
电源内部非静电力将正电荷从负极移 到正极所做的功与移送电荷量的比值 称为电源电动势，用符号E表示。电源 电动势反映了电源将其他形式的能转 化为电能的本领大小。
内阻
电源内部存在着阻碍电流通过的因素 称为内阻。内阻的大小反映了电源内 部损耗的大小。在电路中，内阻与负 载电阻串联连接，共同影响电路的性 能。
03 静电场能量与能量密度
静电场能量计算方法
电场能量定义
01
静电场中的电荷分布所具有的能量。
计算方法
02
通过对电场中所有电荷的电势能进行求和来计算。
公式表示
03
$W = frac{1}{2} int rho V dV$，其中$rho$为电荷密度，$V$
为电势。
能量密度概念及其物理意义
能量密度定义
应用实例
高压作业人员穿戴用金属丝制成的防护服，当接触高压线时，形成了等电位，使得作业人员的身体没有电流通过 ，起到了保护作用。此外，精密电子仪器和设备的金属外壳也是利用静电屏蔽原理来防止外部静电场对其内部电 子元件的干扰。
雷电防护
避雷针是利用尖端放电原理来保护建筑物等免受雷击的一种装置。在雷雨天气，云层中 的电荷使避雷针尖端感应出与云层相反的电荷，由于避雷针尖端的曲率大，电荷密度高 ，使得其周围电场强度特别强，容易将空气击穿而产生放电现象，从而将云层中的电荷
引入大地，避免了对建筑物的雷击。
02 静电场中的电介质
05 静电场在生活、生产中的应用
静电除尘原理及设备简介
静电除尘原理
利用静电场使气体中的粉尘荷电，然后在电场力的作用下使粉尘从 气流中分离出来的除尘技术。
设备组成
主要包括电极系统、高压电源、收尘装置、气流分布装置、振打清 灰装置及电除尘器的外壳等。
工作过程
含尘气体在通过高压电场时，粉尘颗粒荷电并在电场力作用下向电极 运动，最终沉积在电极上，通过振打等方式使粉尘落入灰斗中。
电源内部非静电力将正电荷从负极移 到正极所做的功与移送电荷量的比值 称为电源电动势，用符号E表示。电源 电动势反映了电源将其他形式的能转 化为电能的本领大小。
内阻
电源内部存在着阻碍电流通过的因素 称为内阻。内阻的大小反映了电源内 部损耗的大小。在电路中，内阻与负 载电阻串联连接，共同影响电路的性 能。
03 静电场能量与能量密度
静电场能量计算方法
电场能量定义
01
静电场中的电荷分布所具有的能量。
计算方法
02
通过对电场中所有电荷的电势能进行求和来计算。
公式表示
03
$W = frac{1}{2} int rho V dV$，其中$rho$为电荷密度，$V$
为电势。
能量密度概念及其物理意义
能量密度定义
应用实例
高压作业人员穿戴用金属丝制成的防护服，当接触高压线时，形成了等电位，使得作业人员的身体没有电流通过 ，起到了保护作用。此外，精密电子仪器和设备的金属外壳也是利用静电屏蔽原理来防止外部静电场对其内部电 子元件的干扰。
第一章静电场的基本规律
第⼀章静电场的基本规律第⼀章静电场的基本规律本章⾸先介绍了电荷的基本概念，从实验事实出发，给出了库仑定律和叠加原理；从库仑定律和叠加原理出发，引⼊电场强度定义，证明了静电场的两个基本定理——⾼斯定理和环路定理；举例说明了场强和电势的计算⽅法。
本章的基本要求是：1、掌握点电荷、电场强度、电通量、电势等基本概念。
2、正确理解：两个定律：（电荷守恒定律，库仑定律）；两个定理：（⾼斯定理，环路定理）；两个叠加原理：（电场强度叠加原理，电势叠加原理）。
3、掌握场强的三中计算⽅法：叠加法，⾼斯定理法，电势梯度法。
电势的两种计算⽅法：场强积分法，电势叠加法§1 静电的基本现象和基本规律⼀、两种电荷早在公元前六百年，⼈们就发现⽤⽑⽪磨擦过的琥珀能够吸引⽻⽑，纸⽚等轻⼩物体。
后来发现，⽤⽑⽪或丝绸磨擦后的玻璃棒、⽕漆棒、硬橡胶棒等都能吸引轻⼩物体，这表明经磨擦后的棒下⼊了⼀种特别的状态，将处于这种状态的物体叫带电体，并说它们带有电荷，英⽂中el ect ric ity(电)就是从希腊字ele ctr on(琥珀)⽽来。
1、电荷的种类：电荷有两种，同种电荷相斥，异种电荷相吸。
美国物理学家富兰克林（Be nja min F ran kli n 1706-1790）⾸先以正电荷、负电荷的名称来区分两种电荷，这种命名法⼀直延续到现在。
⾃然界中的电荷只有两种，⼀种与丝绸磨擦过的玻璃棒的电荷相同，叫正电荷；另⼀种与⽑⽪磨擦过的⽕漆棒的电荷相同，叫负电荷。
现在我们知道在原⼦内部质⼦带正电荷，电⼦带负电荷，中⼦不带电，由于正负电荷电量相等，所以整个原⼦对外不显电性。
2、电荷的检验、验电器利⽤同性相斥的现象可制成验电器，它可检验物体是否带电。
3、电荷间的作⽤：同性电荷相排斥，异性电荷相吸引。
4、物体按导电性的分类，电荷的传递由⽇常⽣活，我们知道，并⾮所有物体都允许电荷通过。
允许电荷通过的物体叫导体。
不允许电荷通过的物体叫电绝缘体（或电介质）。
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电场
场：物理量在空间的分布 ● 物理量： 标量场、矢量场
例如：温度场，速度场，引力场 …… ● 空间分布：( x, y, z ) 的函数 T ( x, y, z ) 电场 点电荷 Q 周围的空间每一点， q0 受到 Q 的作用力
Q 电场 E q0
电场强度
点电荷 Q 周围的空间每一点， q0 受到 Q 的作用力
定义此时 q1= q2 = 1 静库 国际制（from MKS 制 MKSA 制 or SI 制 ） 先定义电流单位：安培 A 由 q = It 导出 1 库仑 = 1 安培•秒 （导出单位） 当 r = 1 米， q1 = q2 = 1 库仑时， F = k牛顿 实验测得 k = 9 10 9 牛顿•米2 •库仑 2 为方便，记 k = 1 / 40 ， 0 = 8.9 1012 换算： 1 库仑 = 3 10 9 静库
q1 与 q2 同号 q1q2 > 0 则 F12 与 e r12 同向
q1 与 q2 异号 q1q2 < 0 则 F12 与 e r12 反向
三.矢量式
q1 与 q2同号 q1q2 > 0 F12 与 e r12 同向 q1 与 q2异号 q1q2 < 0 F12 与 e r12 反向
e r 21
● 方向：沿连线，同号相斥，异号相吸
● 大小：正比于电量，反比于距离平方
表达式：
F
k
q1q2 r2
同号相斥 异号相吸
库仑力
q2 r q1
同号相斥
同号相斥 异号相吸
q2 r q1
异号相吸
同号相斥 异号相吸
q2 r q1
二.电荷的单位
高斯制（from CGS 制） 取 k = 1 当 r = 1 厘米时，调节 q1= q2 使 F = 1 达因
q2
x
或： F9 2 (牛 ) 方向：与 x 轴夹角 = - 45o
例题 2
三个相同的点电荷 q 放在等边三角形顶点上，中心放
一点电荷 q’ ，使每一点电荷的合力均为零，求 q 和
q’ 的关系。
A
解： FO= FAO+ FBO+ FCO 1 3q'q
40 a2 (eAO eBO eCO ) 0
a B
O C
FA= FBA+ FCA+ FOA
4q0(eBa A 2eCA q3e aO 2 A q') 0
∴ q’ = q / 3
FCA
FBA
FOA
p.38 / 1-2- 2, 4
作业
§3.静电场
一.电场 二.电场强度 三.电场强度的计算
● 点电荷的场强 ● 点电荷组的场强 ● 连续分布电荷的场强 四.例题
q2= 1 10 5 库仑 位于 ( 1, 0 )
求： Q0= 1 10 4 库仑 位于 ( 1, 1 ) 受的力
解：F1
1
40
q1Q0 r12
iˆ9iˆ（牛）y
F2410qr22 Q 203; F2= 9i 9j （牛） 0 = 9 ( i j ) （牛）
三.矢量式
a
矢量（粗体，手写 a）
a=|a|
矢量的模，长度
e a = a／| a | ( or aˆ ) 单位矢量（长度为 1，a 方向 ）
q1 对 q2 的作用力 F12410 qr1q22 er12 ( e r12 1 2)
q2
对
q1
的作用力
1
F2140
q1q2 r2
er21
(
e
r
21
2
1)
点电荷的场强
E
1
4 0
Q r2
er
● Q：点电荷电量 ● r ：点电荷到场点 P 距离 ● e r ：点电荷指向场点单位矢
e r 12
F21 q1 F21
F12 q2 F12
四.迭加原理
一点电荷同时受到多个点电荷的库仑力 = 各个点电荷单独存在时的库仑力的矢量和
例如： q1 受到 q2 、q3 的作用力
F1 = F21 + F31
F31
F1
q2
q1
F21
q3
例题 1
已知：q1= 1 10 5 库仑 位于 ( 0, 1 )
§1. 电荷 §2. 库仑定律 §3. 静电场 §4. 高斯定理 §5. 电场线 §6. 电势
§1.电荷
一.电荷的正负性：
电荷
正电荷 负电荷
（同性相斥，异性相吸）
二.电荷的守恒性：孤立系统电荷的代数和在任何物 理过程中保持不变
三.电荷的量子性：最小量 e = 1.6 10 19 库仑
（分数电荷， 1 e ， 2 e ， 夸克组成质子）
前言
力学、热学、电磁学、光学、近现代物理 中学物理 大学物理 理论物理 … 数学基础：微积分，重积分，曲面积分 … 教材： 《电磁学》 梁灿彬 习题：120 道 作业本：2本，每章交一次 评分：期末考试 70 %，平时 30 %（含期中） 复习：每章小结，考试前不复习
参考书
1. 《电磁学》 赵凯华、陈熙谋 高等教育出版社 1978
2. 《电磁学》（第二版） 贾启民、郑永令 等 复旦大学出版社 2002
3. 《 Fundamentals of Physics 》（sixth edition） David Halliday etc. 2001
The important thing is never to stop questioning.
--------- Albert Einstein
电磁学
第一章 静电场的基本规律 第二章 有导体时的静电场 第三章 静电场中的电介质 第四章 恒定电流和电路
第五章 恒定电流的磁场 第六章 电磁感应与暂态过程 第七章 磁介质 第八章 交流电路（不讲） 第九章 时变电磁场和电磁波
第一章 静电场的基本规律
3
3
四.电荷的传导性：绝缘体，导体，半导体
（束缚电子，自由电子）
§2.库仑定律
一.库仑定律 二.电荷的单位 三.矢量式 四.迭加原理 五.例题
一.库仑定律
点电荷：带电体，体积为零的几何点
（ 理想模型，带电体线度 << 相互作用距离 ）
库仑定律 大量实验
真空中，两个静止点电荷的相互作用规律
（ 相互作用力：大小相等，方向相反 ）
F
1
40
Qq0 r2
er
描述电场性质的物理量不应依赖于试探电荷 q0
所以定义： E = F / q0
电场强度
● 矢量场： E = ExiˆEyˆjEzkˆ
● 点函数： E = E ( x, y, z ) = E ( r )
● 单位： 牛顿 / 库仑
点电荷 q 在电场 E 中受力： F = qE
均匀电场： E与 ( x, y, z ) 无关，常矢