大学物理电磁学静电场理论
大学物理课件静电场-(目录版)
大学物理课件：静电场一、静电场的基本概念1.1电荷电荷是物质的一种属性，是带电粒子的基本单位。
根据电荷的性质，电荷可分为正电荷和负电荷。
自然界中，已知的电荷只有两种：电子和质子。
电子带负电，质子带正电。
电荷的量是量子化的，即电荷量总是元电荷的整数倍。
1.2静电场（1）存在势能：在静电场中，电荷之间存在电势差，电荷在电场中移动时会受到电场力的作用，从而具有势能。
（2）叠加原理：静电场中，任意位置的电场强度是由所有电荷在该点产生的电场强度的矢量和。
（3）保守性：静电场力做功与路径无关，只与初末位置有关，因此静电场是保守场。
1.3电场强度电场强度是描述电场中电荷受力大小的物理量。
电场强度E的定义为单位正电荷所受到的电场力F，即E=F/q。
电场强度是矢量，方向与正电荷所受电场力方向相同。
在国际单位制中，电场强度的单位为牛/库仑（N/C）。
二、库仑定律2.1库仑定律的表述库仑定律是描述静止电荷之间相互作用的定律。
库仑定律表明，两个静止点电荷之间的相互作用力与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比，作用力在它们的连线上。
2.2库仑定律的数学表达式设两个点电荷的电荷量分别为q1和q2，它们之间的距离为r，则它们之间的相互作用力F可以用库仑定律表示为：F=kq1q2/r^2其中，k为库仑常数，其值为8.9910^9N·m^2/C^2。
2.3电场强度的计算根据库仑定律，可以求出单个点电荷产生的电场强度。
设一个点电荷q产生的电场强度为E，则距离该电荷r处的电场强度E 为：E=kq/r^2三、电势与电势差3.1电势电势是描述电场中某一点电荷势能的物理量。
电势的定义为单位正电荷从无穷远处移到该点时所做的功W，即V=W/q。
电势是标量，单位为伏特（V）。
3.2电势差的计算电势差是描述电场中两点间电势差异的物理量。
电势差U的定义为单位正电荷从一点移到另一点时所做的功W，即U=W/q。
电势差是标量，单位为伏特（V）。
大学物理电磁学部分总结
大学物理电磁学部分总结本文介绍了电磁学中静电场部分的基本性质和规律。
静电场是物质的一种存在形态，具有能量、动量、质量等属性。
电场的基本物理量是场强和电势，它们之间有密切的关系。
静电场的基本性质可以通过高斯定理和环路定理来反映。
在应用方面，可以通过计算电场强度和电通量来解决问题，同时也可以使用电势的计算方法。
此外，本文还介绍了导体和电介质在静电场中的特性，如导体的静电平衡状态和条件。
1.磁场基础知识a) 利用安培环路定理计算具有高度对称性的磁感应强度分布。
详见课堂例题。
b) 计算磁通量的三种情况：(1)在均匀磁场中，S与磁感应强度方向垂直；(2)在均匀磁场中，S法线方向与磁感应强度方向成θ角；(3)利用高斯定理求某些磁通量。
2.磁场对电荷和电流的作用a) 带电粒子在均匀磁场中的运动有三种情况：(1) v//B；(2) v⊥B；(3) v与B间夹角为θ。
在中学基础上会简单求解即可。
b) 霍尔效应：掌握___电势差的表达式、会判断载流子类型、___电势差的大小，正负。
c) 磁场对电流的作用：会由安培定律计算安培力；会由公式计算载流线圈的磁矩和磁力矩。
简单求解磁力的功。
3.磁介质与静电场相同，掌握无限大、均匀的、各向同性的磁介质的情况：介质的磁导率μ，B=μH，磁介质中的安培环路定理。
能够根据图示分清磁介质的种类，从铁磁质的磁滞回线判断剩磁、矫顽力、硬磁材料、矩磁材料和软磁材料。
4.电磁感应和电磁场部分掌握电磁感应基本定律：法拉第电磁感应定律，楞次定律——判断感应电流（电动势）方向。
掌握动生电动势和感生电动势的产生机理（非静电力或非静电场）、定义及求解。
对于任何感应电动势，都要求会用法拉第电磁感应定律计算。
对于动生电动势：要求会计算均匀磁场中平动和转动导体、非均匀磁场中平动的直导线中的动生电动势。
5.电磁场理论区分传导电流和位移电流。
位移电流与传导电流是完全不同的概念，仅在产生磁场方面二者等价。
传导电流是自由电荷的宏观定向运动，只存在于导体中，有电荷流动，通过导体会产生焦耳热。
大学物理第8章
每个点电荷所受的总静电力，等于其他点电荷单独存在时 作用在该点电荷上的静电力的矢量和.数学表达式为
在国际单位制中，电量的单位为库仑（C），简称库.
第一节 电荷 库仑定律
2. 电荷的量子化
实验证明，自然界中带电体所带的电量总是一个基本单 元的整数倍.物体所带的电荷不是以连续的方式出现，而是以 一个个不连续的量值出现的，电荷的这种特性称为电荷的量 子化.电荷的基本单元就是一个电子所带电量的绝对值，即 e=1.602×10－19C
1785年，法国物理学家库仑通过扭秤实验，首先对两个静止点 电荷之间的相互作用做了定量研究，作用力的大小与这两个点电荷的 电量之积成正比，与两个点电荷之间距离的平方成反比，作用力的方 向沿着两点电荷的连线，同号电荷互相排斥，异号电荷互相吸引.
第一节 电荷 库仑定律
其数学表达式为
k由实验测定. f表示q1对q2的作 用力，r为q1、q2之间的距离，r为由q1指向q2的单位向 量，图8-1 两静止点电荷的相互作用力如图8- 1所示. 当q1、q2为同号时，f的方向与er的方向一致；当q1、 q2为异号时，f的方向与er的方向相反.
见摸得着，但是依然对外有物质性表现.静电场的物质性表现有两
个方面，即
第二节 电场 电场强度
（1）在静电场中的任何带电体都会受到电场的作用力. （2）当带电体在静电场中运动时，电场力会对它做功. 以上两种物质性表现是研究静电场的基础，根据静电场 的第一种表现，从力的观点出发引入电场强度；根据静电场 的第二种表现，从功和能的角度引入电势.
大学物理笔记(6)电磁学(一)静电场
电荷体密度与电势关系
对于电荷体分布，可以取一小体积元，其电荷体密度为ρ， 则该体积元在距离r处产生的电势为dV=kρdV/r。电势ຫໍສະໝຸດ 与等势面概念及应用电势差定义
电势差是指电场中两点间电势的差值 ，用符号U表示，单位为伏特(V)。
种电荷相互吸引。
电场
电荷周围存在的一种特殊物质，对 放入其中的其他电荷有力的作用。
电场线
用来形象描述电场的曲线，电场线 上每点的切线方向表示该点的电场 强度方向，电场线的疏密程度反映 电场的强弱。
电场强度与电势
电场强度
描述电场强弱的物理量，用E表示 ，单位是牛/库仑（N/C）。电场 强度是矢量，方向与正电荷在该 点所受电场力方向相同。
电场强度
表示电场中某点的电场强弱 和方向的物理量，用E表示 。其方向与正电荷在该点所 受电场力的方向相同。
电势
描述电场中某点的电势能的 高低，用φ表示。电势差则 是两点间电势的差值，即电 压。
高斯定理
通过任意闭合曲面的电通量 等于该曲面内所包围的所有 电荷的代数和除以真空中的 介电常数。
常见误区及易错点提示
这种现象称为静电感应。
静电平衡
当导体内部电荷分布达到稳 定状态，即导体内部电场强 度为零时，称导体处于静电 平衡状态。此时，导体表面
电荷分布满足高斯定理。
屏蔽效应
处于静电平衡状态的导体， 其内部电场强度为零，因此 外部静电场对导体内部无影 响，这种特性称为屏蔽效应 。
介质在静电场中特性分析
01
电极化
05 静电场能量与能 量守恒定律探讨
静电场能量密度表达式推导
大学物理电磁学总结
大学物理电磁学总结电磁学部分总结静电场部分第一部分：静电场的基本性质和规律电场是物质的一种存在形态，它同实物一样也具有能量、动量、质量等属性。
静电场的物质特性的外在表现是：(1)电场对位于其中的任何带电体都有电场力的作用(2)带电体在电场中运动, 电场力要作功——电场具有能量1、描述静电场性质的基本物理量是场强和电势，掌握定义及二者间的关系。
电场强度 E =q 0∞ W a 电势 U a ==E ⋅d rq 0a2、反映静电场基本性质的两条定理是高斯定理和环路定理Φe =E ⋅d S =ε0∑qL E ⋅d r =0要掌握各个定理的内容，所揭示的静电场的性质，明确定理中各个物理量的含义及影响各个量的因素。
重点是高斯定理的理解和应用。
3、应用(1)、电场强度的计算1q E =r 02a) 、由点电荷场强公式 4πεr 及场强叠加原理 E = ∑ E 计i 0算场强一、离散分布的点电荷系的场强1q i E =∑E i =∑r 2i 0i i 4πεr 0i二、连续分布带电体的场强 d q E =⎰d E =⎰r 204πε0r其中，重点掌握电荷呈线分布的带电体问题b) 、由静电场中的高斯定理计算场源分布具有高度对称性的带电体的场强分布一般诸如球对称分布、轴对称分布和面对称分布，步骤及例题详见课堂笔记。
还有可能结合电势的计算一起进行。
c) 、由场强和电势梯度之间的关系来计算场强（适用于电势容易计算或电势分布已知的情形），掌握作业及课堂练习的类型即可。
（2）、电通量的计算a) 、均匀电场中S 与电场强度方向垂直b) 、均匀电场，S 法线方向与电场强度方向成θ角E =-gradU =-∇U∂U ∂U ∂U =-(i +j +k )∂x ∂y ∂zc) 、由高斯定理求某些电通量（3）、电势的计算a) 、场强积分法（定义法）——计算U P =⎰E ⋅d rb) 、电势叠加法——q i ⎰电势叠加原理计算⎰∑U i =∑4πεr⎰0iU =⎰dq ⎰dU =⎰⎰⎰4πε0r ⎰第二部分：静电场中的导体和电介质一、导体的静电平衡状态和条件导体内部和表面都没有电荷作宏观定向运动的状态称为静电平衡状态。
大学物理下册第九章：静电场
讨论静电除尘器的工作原理及性能评价指标。
例题3
解释静电复印机的工作过程及常见故障处理方法。
例题4
阐述静电场对人体产生的危害及相应的防护措施。
06 总结回顾与拓展延伸
本章知识点总结回顾
静电场的基本性质
静电场是由静止电荷所产生的电场，具有保守性和无源性 。其基本性质包括电场的强度、电势、电场线等概念。
静电屏蔽
当导体和绝缘体之间存在一定距离时，由于导体的静电屏蔽效应，可 以减弱或消除外部静电场对绝缘体的影响。
典型例题分析与讨论
01
例题1
分析导体球壳在点电荷电场中的静 电感应现象及电荷分布情况。
例题3
解释尖端放电现象的原理及影响因 素，并给出实际应用案例。
03
02
例题2
讨论平行板电容器中绝缘介质对电 容器电容的影响及原因。
03 电势能、电势与等势面
电势能概念及计算方法
电势能定义
电荷在电场中具有的势能，与电荷的电量和电场中的 位置有关。
电势能计算
通过电场力做功来计算电势能的变化，从而确定电势 能的大小。
电势能零点选择
通常选择无穷远处或地球表面为电势能零点，方便计 算。
电势定义及物理意义
电势定义
单位正电荷在电场中某点具有的电势能，反 映电场能的性质。
情况。
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大学物理下册第九章静电场
目录
• 静电场基本概念与性质 • 库仑定律与电场线 • 电势能、电势与等势面 • 静电场中导体和绝缘体性质 • 静电场应用与防护 • 总结回顾与拓展延伸
01 静电场基本概念与性质
静电场定义及特点
静电场
大学物理第六章静电场详解(全)
向运动，并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法。
优点
02
涂料利用率高，可达80%~90%；涂装效率高，适合大批量生
产；涂层质量好，附着力强。
缺点
03
对工件的形状和大小有一定限制；对涂料的电阻率有一定要求
；设备投资较大。
26
静电除尘技术原理及优缺点
原理
含尘气体经过高压静电场时被电分离，尘粒与负离子结合带上负电 后，趋向阳极表面放电而沉积。
放电过程
使充电后的电容器失去电荷的过程叫做放电 。此过程中，电容器将储存的电场能转化为 其他形式的能。同时，随着电容器两极板上 电荷量的减少，电容器两极板间的电势差也 逐渐减小。
2024/1/28
25
静电喷涂技术原理及优缺点
2024/1/28
原理
01
利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定
2024/1/28
格林函数的求解与应用
利用格林函数的性质，结合边界条件，求解格林函数的具体形式；再将格林函数应用于 原问题的求解，得到静电场的分布。
23
06
静电场应用举例
2024/1/28
24
电容器充放电过程分析
充电过程
将电容器两极板分别与电源的正负极相连， 使电容器带电的过程叫做充电。此过程中， 电源内部的非静电力做功，将其他形式的能 转化为电场能，储存于电容器中。同时，随 着电容器两极板上电荷量的积累，电容器两 极板间的电势差也逐渐增大。
电势和电场强度的计算
利用点电荷和镜像电荷的电势叠 加原理，计算空间任意一点的电 势；再通过电势梯度计算电场强 度。
2024/1/28
21
分离变量法求解二维边值问题
2024/1/28
大学物理电磁学第二章 导体周围的静电场
+ + r + - R2 + + R1 + + + -
E
Q 4 0 r
R2 R1
2
ˆr e
U
Q dr Q 1 1 2 4 0 r 4 0 R1 R2
A S S +σ -σ d
2、平行板电容器
(1) 电荷在两平板相对面内 均匀分布，两面电荷等值异号。 (2) 两枝间的电压与板内壁的 B 电荷Q成正比，证明如下。 Q
C2
Q U C C
Ｕ
C1C2 C1 C2
串联电容器组等效电容的倒数等于电容器组中各电 容倒数之和，但每个电容器上的电压小于总电压。
练习：习题2.3.4. k A B
A/ （1）
A
B A/ B/
A/
A k B
C AB C Ak C Bk
0S
d AB
（2） A B
; 2C AB ; 2C AB
§2-2 封闭金属壳内外的静电场 2.2.1 壳内空间的场 1 壳内空间无带电体的情况
用反证法可以证明，不论壳外 (包括壳的外壁)带电情况如何，壳内 空间各点的电场强度处处为零，且壳 内壁处处有σ=0。
+
P
-
2 壳内空间有带电体的情况
壳内空间将因壳内带电体的存在 而出现电场，壳的内壁也会出现电荷分 布。但是可以证明，壳内电场只由壳内 带电体及壳的内壁形状决定而与壳外电 荷分布情况无关。
因此有
2 S ˆn F e 2 0
2 5
把上式沿导体表面作积分便可求得整个导体所受的静电力。
2.1.3 弧立导体形状对电荷分布的影响
大学物理静电场的高斯定理
高斯定理的数学表达形式简洁明了，是解决静电场问题的重要
03
工具。
高斯定理在物理中的重要性
高斯定理在物理学中具有广泛 的应用，不仅限于静电场。
它可用于分析恒定磁场、时 变电磁场以及相对论性电磁
场中的问题。
高斯定理是电磁学理论体系中 的重要基石，对于深入理解电 磁场的本质和规律具有不可替
代的作用。
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高斯定理的重要性
总结词
高斯定理是静电场理论中的基本定理之一，它揭示了电场与电荷之间的内在联 系。
详细描述
高斯定理的重要性在于它提供了一种计算电场分布的方法，特别是对于电荷分 布未知的情况。同时，它也揭示了电场线总是从正电荷出发，终止于负电荷， 或者穿过不带电的区域。
高斯定理的历史背景
总结词
高斯定理的发现和证明经历了漫长而曲折的历史过程。
VS
按空间位置分类
静电场可分为点电荷产生的电场、线电荷 产生的电场、面电荷产生的电场等类型。 这些不同类型的电场具有不同的分布规律 和性质。
05
高斯定理的推导过程
利用高斯定理推导电场强度与电通量的关系
总结词
通过高斯定理，我们可以推导出电场强度与 电通量之间的关系，即电场线穿过任意闭合 曲面的电通量等于该闭合曲面所包围的电荷 量与真空电容率的乘积。
静电场的电场强度与电势具有相对独立性
电场强度与电势之间没有直接关系，改变电场中某点的电势，不会影响该点的电场强度。
静电场的分类
按产生方式分类
静电场可分为感应起电和接触起电两种 方式。感应起电是由于带电体在接近导 体时，导体内部电荷重新分布而产生电 场；接触起电是两个不同物体相互接触 时，由于电子的转移而产生电场。
大学物理中的电磁学原理与应用
大学物理中的电磁学原理与应用概述：电磁学是物理学的重要分支之一，研究电荷和电流以及它们之间相互作用的规律。
在大学物理学课程中，电磁学是必不可少的一部分，它涉及到电和磁场的产生、性质以及它们的相互作用。
本文将介绍电磁学的基本原理和在实际应用中的重要性。
一、电磁学基本原理1. 静电场静电场是指在没有电荷运动的情况下所产生的电磁场。
根据库仑定律，两个电荷之间的作用力与它们之间的距离成反比，与电荷的量成正比。
静电场的强度可由电场强度的概念加以描述，即单位正电荷所受到的力。
2. 电场的产生电场是由电荷所产生的，电荷可分为正电荷和负电荷。
正电荷产生外向的电场，而负电荷则产生内向的电场。
电场的强弱与电荷的数量及其分布有关。
3. 磁场的产生磁场是由运动电荷或电流所产生的，磁场的代表是磁感应强度。
根据安培环路定理，电流所产生的磁场是环绕电流的闭合回路，而磁感应强度的大小与电流强度成正比。
4. 电磁感应定律法拉第电磁感应定律表明，当磁场的磁感应线与导体相互运动时，导体内部会产生感应电动势，并导致电流的发生。
根据电磁感应定律，电动势的大小与磁感应强度的变化率成正比。
5. 迈克尔逊-莫雷实验迈克尔逊-莫雷实验是19世纪末进行的，用于检验以太假说的实验。
实验结果未能发现以太的存在，为后来爱因斯坦的狭义相对论的发展奠定了基础。
二、电磁学的应用1. 电力传输电力传输是电磁学在现代社会中的重要应用之一。
利用输电线路中的电磁感应原理，电力公司能够将发电厂产生的电能传输到各个城市和地区。
交流电的发明和应用使得电力传输更加高效和可靠。
2. 电磁波和通信技术电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的能量传播形式，包括无线电波、微波、可见光、红外线等。
无线通信技术是电磁学应用的一个重要领域，如手机、无线电和卫星通信系统等。
3. 电磁感应和发电原理电磁感应是发电原理的基础，利用变化的磁场和线圈中的电流产生感应电动势，从而实现发电。
磁电机、发电机和变压器等设备都依赖于电磁感应原理。
大学物理笔记(6)电磁学(一)静电场
大学物理笔记(6)电磁学(一)静电场contents •静电场基本概念与性质•库仑定律及其应用•电场线与等势面描绘方法•静电场中导体性质研究•静电场中绝缘体性质研究•静电场能量与能量守恒定律目录静电场基本概念与性质电荷电场电场线030201电荷与电场电场强度描述电场强弱的物理量，用E表示，单位是牛/库仑（N/C）。
电场强度是矢量，方向与正电荷在该点所受电场力方向相同。
电势描述电场中某点电势高低的物理量，用φ表示，单位是伏特（V）。
电势是标量，只有大小，没有方向。
电势差电场中两点间电势的差值，用U表示，单位是伏特（V）。
电势差是标量，有正负之分。
电场强度与电势静电场中的导体和绝缘体导体内部存在大量自由电子的金属物体。
在静电场中，导体内部电场强度为零，电荷分布在导体表面。
绝缘体内部几乎没有自由电子的物体。
在静电场中，绝缘体内部和表面都可以存在电荷。
静电平衡导体在静电场中达到稳定状态的过程。
在静电平衡时，导体内部电场强度为零，电荷分布在导体表面，且表面电荷分布与导体形状有关。
静电感应与电荷守恒静电感应当一个带电体靠近一个导体时，由于电荷间的相互作用力，导体会发生电荷重新分布的现象。
电荷守恒定律在一个孤立系统中，无论发生何种变化或相互作用，其总电荷量始终保持不变。
即电荷既不能被创造也不能被消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变。
库仑定律及其应用库仑定律表述库仑定律是描述真空中两个静止点电荷之间相互作用力的定律。
库仑定律的表述为：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线。
点电荷间相互作用力计算连续分布电荷间相互作用力计算库仑定律在实际问题中应用库仑定律在电磁学、原子物理等领域有着广泛的应用。
例如，在电场强度的计算中，可以利用库仑定律计算点电荷在空间中产生的电场强度分布；在电势差的计算中，可以利用库仑定律计算两个点电荷之间的电势差；在电容器、电阻器等电器件的设计和制造中，也需要利用库仑定律进行相关的计算和分析。
电磁学第一章静电场
contents
目录
• 静电场的定义与性质 • 电场与电场线 • 静电场的物理量 • 静电场的规律 • 静电场的实际应用
01
CATALOGUE
静电场的定义与性质
静电场的定义
01
静电场是由静止电荷产生的电场 ，其特点是电荷在电场中受到静 电力作用。
02
静电场是由电荷分布决定的，与 时间无关，是一种稳态的电场。
在电子设备中，静电屏蔽可以防止电磁干扰（EMI）对设备性能的影响，提高设备 的稳定性和可靠性。
在实验室和工业环境中，静电屏蔽可以保护精密仪器和设备免受外部电场的影响， 确保实验结果的准确性和可靠性。
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性。
静电感应的应用
静电感应是指当一个带电体接近导体 时，导体表面会出现电荷分布的现象 。静电感应在许多领域都有应用。
在印刷电路板制造中，静电感应焊接 技术被用于将电子元件焊接到电路板 上。
在电子显微镜中，利用静电感应原理 可以检测样品表面的电荷分布，从而 获得高分辨率的图像。
静电屏蔽的应用
静电屏蔽是指利用导电材料将电场隔离的措施，以保护电子设备和人员免受电场的 影响。
环路定理
总结词
环路定理描述了电场线沿闭合路径的线积分与该闭合路径所 围成的面积上的电荷量之间的关系。
详细描述
环路定理是静电学中的另一个基本定理，它表明电场强度沿 闭合路径的线积分等于该闭合路径所围成的面积上的电荷量 与真空中的介电常数之比。这个定理表明，电场线在无电荷 的地方不会中断，也不会形成闭合曲线。
衡。
05
CATALOGUE
静电场的实际应用
电容器
电容器是静电场中最重要的实际 应用之一。它由两个平行且相对 的导体（通常为金属箔或板）构
大学物理电磁学静电场理论
r R :
q内
q
4 3
R
3
4 r3
3
E内
qr
4 0R3
即：
E
qr
40 R 3
qr
4 0r3
(r R) (r R)
球体内区域 E r
球体外区域 ~ 电量 集中于球心的点电荷
E
q
4 0 R2
r
1 r2
r
o
R
练习：
1. 求均匀带电球面（ R, q）的电场分布，并画出 E ~ r 曲线.
由 而来的电场线到 -q 终止。在无电荷处，电场线
不中断、不增加。
2) 曲面为包围电荷的任意封闭曲面
E
S
q
S
E
S
S
q
es
es
q
0
q 0 : e 0 q 0 : e 0
3) 曲面为不包围电荷的任意封闭曲面
E
q
S
es 0
结论：
e
E dS
s
q 0
0
q在S内 q在S外
思考：1) 是否存在 q 恰好在 S 上的情况？ 2) 上述结论与库仑定律 F 1 r 2 有何关系？
2) 通过曲面 S 的电通量
3) 通过封闭曲面的电通量
e
sde
E dS
s
e
E dS
s
通过封闭曲面的电通量
n
n
E
e
E dS
s
规定：封闭曲面外法向为正
S
n
穿入的电场线 e 0 穿出的电场线 e 0
练习1：空间有点电荷q ，求下列情况下穿过曲面的电通量
1) 曲面为以电荷为中心的球面
大学物理电磁学
Fg
m2 G r2
1.16 1035
N
两者相比：
Fe Fg
1.20 1036
思考：虽然万有引力和库仑力相差悬殊，但在日常 生活中引力的效应却更易于被人感知，为什么呢？
★库仑定律的成立条件
条件？： 静止 真空 点电荷
●静止条件原指点电荷相对静止，且点电荷相对于观 察者也静止
▲可适当放宽到静源电荷——动电荷 ▲不能推广至动源电荷——静电荷 因为作为运动源，有一个推迟效应，此时运动电荷产 生的电场不仅与两者距离有关，还与运动点电荷的速 度有关
r
q1
rˆ12
q2 f12
当q1 当q1
、、qqr22ˆ1同 异2 为号 号q时 时1指，，向ff11q222与与的单rrˆˆ1122位同反矢向向量，，。表表现现为为斥 引力 力； 。
●讨论：
▲ f r-2 ?
f
=k
q1q2 r2
rˆ
k是选取单位制后引入的常数
f
=k
q1q2 r2
rˆ
f r -2
★但实验证实：氢分子和氦原子都精确地是电中性的！ 故质子的电量与它的运动状态无关。而电荷的运动状 态又与所取参考系相联系，所以电荷的电量与运动状 态无关也就是，同一带电
粒子在不同参考系看来电
量不变，这称为电荷的
相对论不变性。
H2
He
★物体因带电而彼此吸引或排斥是一个重要的发现！ 表明：在非接触物体之间，除了已知的万有引力和 磁力外，又有了电力。
▲究竟带电体的线度比距离小多少才可看成是点电荷， 却没有一个绝对的标准，它取决于讨论问题时所要求 的精度
★库仑定律的适用范围和精度
▲原子核尺度——地球物理尺度
大学物理导体和电介质中的静电场
极化强度
02
03
极化电荷
极化强度是描述电介质极化程度 的物理量，与电场强度和温度等 因素有关。
由于极化现象，电介质表面会出 现极化电荷，影响外部电场分布。
电介质中的电场分布
电场分布
在电介质中，由于介质的存在，电场分布会发生变化。
01
边界条件
03
电介质中的静电场
电介质的绝缘性质
绝缘性质
电介质通常具有良好的绝缘性能，能够阻止电流通 过。
介电常数
电介质的介电常数是衡量其绝缘性能的重要参数， 介电常数越大，绝缘性能越好。
击穿电压
电介质在一定电压下会发生击穿现象，失去绝缘性 能，击穿电压是衡量电介质耐压能力的指标。
电介质的极化现象
01
极化现象
静电场的定义与特性
01
02
03
04
静电场的定义
由静止电荷产生的电场称为静 电场。
有源场
静电场由电荷产生，电荷是场 源。
无旋场
静电场中不存在旋涡，即电场 线不会闭合。
电场线不闭合
静电场的电场线从正电荷出发 ，终止于负电荷，不会形成闭 合曲线。
02
导体中的静电场
导体的导电性质
80%
金属导体
金属导体中的自由电子在电场作 用下定向移动形成电流。
电场中的电势与电势差
总结词
描述电场中各点电势的高低和变化情况
详细描述
在静电场中，各点的电势是空间位置的函数，其大小与电场强度 和位置有关。电势差则描述了不同位置之间电势的高低差值。在 静电平衡状态下，导体内部电势为零，导体表面附近电势则等于 导体表面电荷密度与一个常数（真空电容率）的乘积。
电磁学-静电场基本定理
一、库伦定律1、定义在真空中，两个静止的点电荷q1和q2之间的相互作用力大小和q1与q2的乘积成正比，和他们之间的距离成反比；作用力的方向沿着他们的联线方向，同号电荷相斥，异号电荷相吸。
2、公式*k是引进单位制后引入的常数3、单位1库伦：当导线中通过1A电流时，1s内通过导线某一给定截面的电量为1C=1A*s若F=1N,q1=q2=1C,r=1m则：k=8.988*10^9 N*m^2/(C^2)二、电场强度1、定义单位正电荷在电场中收到的电场力的大小，方向与单位正电荷所受的力方向一致。
2、公式3、单位牛顿/库伦N/C4、场强叠加原理点电荷组在空间某点产生的电场等于各点电荷单独存在时在该点产生的场的矢量和。
三、静电场高斯定理1、电通量的定义穿过dS的电力线的根数2、电力线密度的定义单位面积内电力线的根数令其等于该处电场强度的大小3、高斯定理的定义穿过一封闭曲面的电通量与封闭曲面所包围的电荷量成正比（电场强度在一封闭曲面上的面积分与封闭曲面所包围的电荷量成正比）4、包围一个点电荷的任意曲面上的电通量上式dS=一个点电荷所产生的电场，在以点电荷为中心的任意球面的电通量等于5、包围多个点电荷的任意曲面上的电通量6、闭合曲面不包围点电荷的电通量闭合曲线不包围点电荷，dS'与dS所对的立体角则电通量对于闭合面S'+S，总通量为结论：通过不包围点电荷的闭合曲面的电通量为零四、静电场环路定理1、定义静电场力做功与路径无关等价于静电场力沿任意闭合回路做功恒等于零。
（只与起点终点位置有关）2、静电场力做功电场力做功等于电势改变量电场力做功：电势能改变量：3、电势的定义单位正电荷从P点到Q点移动时电场力所作的功定义为电势4、空间某点电势一般选择无穷远为势能零点，P点的电势能为:两点之间的电势差可表示为两点电势值之差：四、结语希望本文对大家能够有所帮助。
大学物理电磁学静电场理论3
求：U P
解：将带电球壳视为许多均匀带
电球面的集合，
r
o R1
P
dr
取半径 r ，厚 dr 的球壳为电荷元：dq 4r 2 dr
令 U 0，dq 在腔内产生的电势：
dU dq 4r 2dr rdr
4 0r
4 0r
0
由叠加原理：U
dU
R2
rdr
R1 0
2 0
(R22
R12 )
R
q P r
P E
E
1 r2
o
U
q
4 0R
Rr
1 r
oRr
[例三]无限大均匀带电平面 场中电势分布.
电场分布
a o a x
E 0
0
(a x a) (x a , x a)
电荷无限分布，在有限远处选零势点.令Uo 0 ， 沿 x 轴方向积分。
x
a
区域：
U
a
Ed x
0
Edx
0
(
〈2〉选零势点，写出dq 在场点的电势 dU
〈3〉由叠加原理： U dU 或 U dU
四.电场强度与电势的关系
E gradU
给出又一种求 E 的方法：
E
( U
i
U
j
U
k)
x y z
五.典型带电体的电势分布
1. 点电荷 q场中的电势分布： U q
4 r 0
2. 均匀带电球面场中电势分布：
1.场强积分法（由定义求）
〈1〉确定 E 分布
〈2〉选零势点和便于计算的积分路径
选取零势点的原则：使场中电势分布有确定值
〈3〉由电势定义
零势点
大学物理电磁学
大学物理电磁学一、引言电磁学是物理学的一个重要分支，它研究电荷和磁场之间的相互作用。
电磁学的基础概念在我们的日常生活、科学研究和技术应用中都有着广泛的应用。
在大学物理课程中，电磁学是一个不可或缺的部分，它为理解更复杂的物理现象提供了基础。
二、电磁学的基本概念1、电荷与电场：电荷是产生电场的基本粒子，而电场是由电荷产生的空间中的力场。
这个力场会对放入其中的电荷产生作用力。
2、磁场：磁场是由运动电荷或者电流产生的力场。
它会对放入其中的运动电荷产生作用力。
3、电磁感应：当一个导体线圈中的电流发生变化时，会在其中产生感应电动势，这就是电磁感应现象。
4、麦克斯韦方程组：这是描述电场、磁场和电磁波之间相互关系的方程组。
三、电磁学的应用1、电力工业：电力是我们日常生活中最重要的能源之一。
发电厂通过电磁感应原理将机械能转化为电能，而变压器、电缆等设备则帮助我们输送和使用这些电能。
2、无线通信：无线电波是电磁学的一个重要应用。
我们的手机、电视和无线网络都依赖于电磁波来传输信息。
3、电子学：电子学是利用电磁学原理制造各种电子设备的科学。
从电脑到手机，再到微波炉，都是电磁学在电子学中的应用。
4、磁悬浮技术：磁悬浮列车是电磁学在交通领域的一项应用。
它利用磁场的排斥力或吸引力，使列车悬浮在轨道上，减少了摩擦和机械接触，从而提高了速度和效率。
5、医学成像：例如MRI（核磁共振成像）和CT（计算机断层扫描），这些医疗成像技术都依赖于电磁学。
6、物理研究：许多现代物理实验，如粒子加速器和射电望远镜，都依赖于电磁学的原理和技术。
四、总结大学物理中的电磁学为我们提供了理解和探索宇宙的新工具。
从基本粒子的相互作用到复杂系统的设计，电磁学贯穿了物理学的各个领域。
电磁学在科技应用方面也具有深远的影响，推动了电力工业、无线通信、电子学、磁悬浮技术等多个领域的发展。
通过理解和掌握电磁学的原理和公式，我们能更好地理解这些应用背后的科学原理，为未来的研究和创新打下基础。