《大学物理学电子教案》第章导体和介质
大学物理教程教案
课时安排：2课时教学目标：1. 让学生理解电磁学的基本概念和基本定律。
2. 培养学生运用电磁学原理解决实际问题的能力。
3. 提高学生的科学思维和实验操作技能。
教学内容：1. 静电场的基本概念和基本定律。
2. 静电场中的导体和电介质。
3. 静电场中的电势和电场强度。
教学重点：1. 静电场的基本概念和基本定律。
2. 静电场中的导体和电介质。
教学难点：1. 电势和电场强度的计算。
2. 导体和电介质在静电场中的表现。
教学准备：1. 教师准备多媒体课件，包括静电场的基本概念、定律、实例等。
2. 学生准备笔记本、笔等学习用品。
教学过程：第一课时一、导入1. 提问：什么是电荷？电荷有哪些基本性质？2. 介绍静电场的概念及其在生活中的应用。
二、静电场的基本概念和基本定律1. 讲解电荷、电场、电势等基本概念。
2. 介绍库仑定律、高斯定律等基本定律。
三、静电场中的导体和电介质1. 讲解导体在静电场中的表现，如静电平衡等。
2. 讲解电介质在静电场中的表现，如极化、电容等。
四、课堂小结1. 总结静电场的基本概念、基本定律和导体、电介质在静电场中的表现。
2. 布置课后作业。
第二课时一、复习导入1. 复习静电场的基本概念、基本定律和导体、电介质在静电场中的表现。
2. 提问：如何计算电势和电场强度？二、电势和电场强度的计算1. 讲解电势和电场强度的计算方法。
2. 通过实例讲解电势和电场强度的计算。
三、课堂练习1. 学生分组进行课堂练习，巩固电势和电场强度的计算。
2. 教师巡视指导，解答学生疑问。
四、课堂小结1. 总结电势和电场强度的计算方法。
2. 布置课后作业。
教学评价：1. 课后作业完成情况。
2. 学生在课堂练习中的表现。
3. 学生对静电场基本概念、基本定律和电势、电场强度计算方法的掌握程度。
教学反思：1. 教师应注重激发学生的学习兴趣，提高课堂氛围。
2. 加强学生动手操作能力，提高学生的实验技能。
3. 注重培养学生的科学思维和解决问题的能力。
大学物理-静电场中的导体和电介质PPT课件
q 内表面 q
高斯面
+ + ++ +
– –– +
– q0 –
+ +
–q
–
0–
++
q 0
结论：导体内表面上的电荷量同腔内净余电量，但异号。
.
10
三.导体表面外侧附近的场强
E
ds
外底
E
ds
E 内底
ds
拄侧 E d s
++ +
E
S
S
0
+ +
+
E0 E
s +n
+
E
0
+ + E0
返回 第七章 静电场中的导体和电介质
按导电性能，材料分为：导体，绝缘体(电介 质)和半导体。本章研究在金属导体，电介质(绝缘 体)存在时对静电场的影响。金属导体的特征是： 内部有大量的自由电子，称为电子气。而电介质内 仅极少量的自由电子。因而，二者在电场中的表现 不同。
名句赏析
问渠哪得清如许，
为有源头活水来。
讨论： 1 若球壳接地，是否对电势及电势差有影响。 2 金属球移动，是否影响球壳内外的场。
3 当球偏心时，V 球壳 如何? Q0 +
金属球
+
+
q0
+ r1 +
+
+ R1
金属球壳
R2
例题
.
+
20
例 7—2 如图示，一无限大的均匀带电金属板A，若把一大的
属板B靠近A板，求B板上的电荷分布，二板的电势差。
《大学物理电子教案》课件
《大学物理电子教案》课件第一章：引言1.1 课程介绍了解大学物理课程的性质、目的和意义掌握大学物理的学习方法和技巧1.2 物理概念和原理介绍基本的物理概念和原理理解物理概念和原理在实际应用中的重要性第二章：力学2.1 牛顿运动定律掌握牛顿运动定律的内容和应用理解牛顿运动定律的物理意义2.2 动量和能量学习动量和能量的概念及其守恒定律掌握动量和能量的转换和守恒原理第三章：热学3.1 热力学基本概念了解温度、热量和内能的概念理解热量传递的机制3.2 热力学第一定律学习热力学第一定律的内容和应用掌握能量守恒定律在热学中的应用4.1 库仑定律和电场掌握库仑定律和电场的概念理解电场的强度和方向4.2 磁场和电磁感应学习磁场和电磁感应的原理掌握法拉第电磁感应定律的应用第五章：波动和光学5.1 波动方程和波速学习波动方程的推导和波速的计算理解波动的传播特性5.2 光的传播和折射掌握光的传播定律和折射定律理解光的折射现象及其应用《大学物理电子教案》课件第六章：声学6.1 声波的基本概念学习声波的产生、传播和接收理解声波的频率、波长和速度6.2 声波的干涉和衍射掌握声波的干涉和衍射现象理解声波干涉和衍射的应用7.1 波函数和薛定谔方程学习波函数的概念和薛定谔方程的建立理解量子力学的基本原理7.2 量子态的叠加和测量掌握量子态的叠加原理和测量规则理解量子力学在实际应用中的限制第八章：原子物理8.1 原子结构模型学习原子的基本结构和相关模型理解原子的电子排布和能级结构8.2 原子光谱和能级跃迁掌握原子光谱的产生和能级跃迁的机制理解原子光谱在科学研究中的应用第九章：固体物理9.1 晶体的基本概念学习晶体的点阵结构和空间群理论理解晶体物理性质的规律性9.2 半导体和超导体掌握半导体的能带结构和导电特性理解超导体的零电阻和完全抗磁性第十章：现代物理简介10.1 相对论学习爱因斯坦相对论的基本原理理解相对论对经典物理的改写和拓展10.2 粒子物理和宇宙学掌握粒子物理的基本理论和宇宙学的基本概念理解粒子物理和宇宙学在现代物理学中的重要性《大学物理电子教案》课件第十一章：光学11.1 光的传播和反射学习光的传播定律和反射定律理解光的反射现象及其应用11.2 光的折射和透镜掌握光的折射定律和透镜的成像原理理解透镜在不同介质中的聚焦和发散作用第十二章：现代光学技术12.1 光纤通信技术学习光纤通信的原理和优点理解光纤通信在现代通信技术中的应用12.2 激光技术掌握激光的产生原理和特性理解激光在科学研究和工业应用中的重要性第十三章：波动光学13.1 波前和光程学习波前和光程的概念理解波前变换和光束传播的原理13.2 干涉和衍射掌握干涉和衍射的原理及其应用理解干涉和衍射在光学仪器和显示技术中的应用第十四章：量子光学14.1 量子态和量子纠缠学习量子态的叠加和纠缠现象理解量子纠缠在量子通信和量子计算中的应用14.2 量子光子和量子隐形传态掌握量子光子的概念和量子隐形传态的原理理解量子隐形传态在量子通信和安全通信中的重要性第十五章：物理实验和实验方法15.1 物理实验的基本方法和技巧学习物理实验的设计、数据采集和分析方法理解物理实验在科学研究中的重要性15.2 常见物理实验设备和技术掌握常见物理实验设备的使用和维护方法理解物理实验中常用的技术和测量手段重点和难点解析本文档涵盖了一个全面的《大学物理电子教案》课件，内容包含了前三个主要部分：力学、热学、电磁学、波动和光学、声学、量子力学、原子物理、固体物理、现代物理简介、光学、现代光学技术、波动光学、量子光学、物理实验和实验方法。
大学物理 导体和电介质
3、电介质的极化规律
E0 0 / 0
E＝E0 / r
P＝
1 ＝ 0 1－ r
P ( r 1) 0 E P ( r 1) 0 E c r 1 P c0 E
c称为电介质的电极化率,在各向同性线性电介 质中它是一个纯数。 在高频条件下，电介质的相对电容率和外电场的频 率有关。
3 3、静电平衡条件
E表 表面
a) 用电场表示 •导体内部任一点的电场强度为零； •导体表面处的电场强度，与导体 的表面垂直。
b) 用电势表示： •导体是个等势体； •导体表面是等势面。 对于导体内部的任何两点A和B
E内= 0
等 势 面
U AB
B E dl 0
A
对于导体表面上的两点A和B
在外电场中电介质要受到电场的影响，同 时也影响外电场。
一、极化的微观机制
1、电介质的分类
无极分子：分子的正负电荷中心在无
电场时是重合的，没有固定的电偶 极矩，如H2、HCl4，CO2，N2，O2等
有极分子：分子的正负电荷中心
+
+q
E
+
在无电场时不重合的，有固定的 电偶极矩，如H2O、HCl等。 每一个分子的正电荷q集中于一 点，称为正电荷的“重心”， 负电荷-q集中于一点，称为正 负电荷的“重心”； 分子构成电偶极子 p=ql
+σ0 -σ'
P
l
+σ' -σ0
p Sd
p Sd ＝ P＝
V Sd
平板电容器中的均匀电介质，其电极化强度的大小 等于极化产生的极化电荷面密度。
大学物理学(第二版)课件：静电场中的导体与电介质
+Q –Q 介质放入带电平行板之间，指
针偏转减小，说明介质具有消 弱电场的能力.
+Q –Q
不同电介质，削弱电场的能力 是不同的．为了反映这一物理
性质，引入物理量 ，称为介 r
质的相对介电常数.
E 0
rE
放入介质前真 空中某点场强
E dS 1 ( q q)
(s)
0 s内
s内
E dS 1 ( q - P dS）
(s)
0 s内
s
E
0
dS
P
dS
q
(s)
s
s内
（
E
0
P
) dS
q
(s)
s内
引入电位移矢量
，令
D
E
0
P
D dS q
(s)
s内
上式表明：在静电场中,通过任意闭合曲面的电位 移通量等于该闭合曲面内所包围的自由电荷的代 数和.这就是有介质存在时的高斯定理.
两板带电荷分别为q1 和q2，则
( )S q
1
2
1
③
( )S q
④
3
4
2
联立以上各式可得
q 1
q 2q 1q 2 Nhomakorabea1
4
2S
2
3 2S
可见相对的两面总是带等量异号电荷，而相背的两面总 是带等量同号电荷．
讨论
当
q 1
q 2
q时
0
1
4
q
2
3S
即电荷只分布在两个平板的内表面．
例2 半径为R1的导体球被一个半径分别为R2 、R3的同心导 体球壳罩着，若分别使导体球和球壳带电+q和 +Q，试求：
静电场中的导体
一、静电感应
1.静电感应 静电感应
r E0
r E 0 r ′ r Er
=0
r E′
r E = E0 + E′ 内
无外场时自由电 子无规运动： 子无规运动： 电子气” “电子气”
r 在外场 E 0 中 无规运动； 1. 无规运动； 2. 宏观定向运动
导体内电荷重新分布 r' 出现附加电场 E 直至静电平衡
∴U R3
−q Q+q Q+q = + + = 4πε 0 R3 4πε 0 R3 4πε 0 R3 4πε 0 R3 q
1 q q q +Q UR1 = − + 4πε0 R R2 R 1 3
q +Q UR3 = 4πε0R 3
（2）两球的电势差为 ）
R3
R R 1 2
q 1 1 UR1 −UR3 = − 4 0 R R πε 1 2
1 1
−q Q+q ∴U R1 = U 0 = + + 4πε 0 R1 4πε 0 R2 4πε 0 R3 q
同理球壳内外表面的电势分别为： 同理球壳内外表面的电势分别为： q −q Q+q Q+q ∴U R2 = + + = 4πε 0 R2 4πε 0 R2 4πε 0 R3 4πε 0 R3
01
=
1 4 πε
0
q L
感应电荷Q在O点电势:
q L
O R
U 02 =
=
∫∫
S
1
1 σ ′dS = 4πε 0 R 4πε 0 R
∫∫
S
σ ′dS
4πε 0
Q ⋅ R
大学物理静电场中的导体和电介质ppt课件
+ H+
. CH4（甲烷）
2）：有极分子---正负电荷作用中心不重合的 分子。如H2O、CO、SO2、NH3…..
O
H+ - H+
++
+
H2O
-
H+
+
N-
H+
+
+
+
NH3（氨） H+
+
+
s + + E内+0+
+
导体是一个等势体，导体面 是一个等势面。导体表面附 近的场强方向与面法线一致。
紧贴导体表面作一圆柱 形高斯面。
+
导体
EdSEdS
S
上底
E 0
EdSEdS
下底 侧面
EdSESS
上底
.
0
E
+ ++
+
+
+
s + + E内+0+
+
+
导体
E 0
ur E
同样所有正电荷的作用也可等效一个静止 的正电荷的作用，这个等效正电荷作用的位置 称为“正电作用中心”.
O
+
+- H+ - H+
++
+
He
H2O
从以上可以看出，介质分子可分为两类：
-
++
1）：无极分子---正负电荷作用中心重合的 分子。如H2、N2、O2、CO2
+-
H+ + H+
大学物理电子教案-西安电子科技大学
S1
+ B -
+
+ - + +
电荷分布在表面上 （内表面？）
E dS 0， qi 0
S2
S2
q
q
q内 q
S1
结论：当空腔内有电荷 q 时,内表面因静电感应出现等值 异号的电荷 q ，外表面有感应电荷 q （电荷守恒）
第二章 —— 静电场中的导体和介质 13
§2 电容和电容器
3、常见电容器的电容：
1）平行平板电容器
设电容器带电，则在两个极板 之间的场强为： d
S +σ
d 电势差为： U Ed 0
根据电容的定义式, 则有 : Q S C U d
E ( ) 0 2 0 2 0
第二章 —— 静电场中的导体和介质
6
§1 静电场中的导体
4 导体表面电荷分布
, E ; E
注意 导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关. 尖端放电现象 带电导体尖端附近的电场特别大， 可使尖端附近的空气发生电离而成为 导体产生放电现象，即尖端放电 . 尖端放电现象的利与弊 尖端放电会损耗电能, 还会干扰精密
第二章 —— 静电场中的导体和介质 5
§1 静电场中的导体
3 导体表面电场强度与电荷面密度的关系
S E dS
S
S E S 0
0
为表面电荷面密度
作钱币形高斯面 S E
E 0
+ + + + ++ + ++ E 0 + +
大学物理课件第七章导体和电介质(第一讲)
+
E 0
E n 0
§7.1静电场中的导体
4.导体表面电场强度同表面曲率的关系 + 实验的定性分布 ++ + + + ++ 对于孤立导体, 其表面处面电荷密 度 与该表面曲率 有关。 + ++ +
+ + ++ ++
+ + ++ +
a.在表面凸出的尖锐部分(曲率为正值且较大) 较大,E也较大。
4
2 o
0
2
3
2S q1 q 2
2S
§7.1静电场中的导体
当两平板带等量的相反电荷时， 特例： q1 q2
q1 q2 Q
1
2
4
0
Q S
1
2 3
4
3
电荷只分布在两个平板的内表面！
A
B
由此可知：两平板外侧电场强度为零，内侧
Q
Q
U
AB
E dl
VB
VA
AB
电容的大小仅与导体的形状、相对位置、其间的 电介质有关. 与所带电荷量无关.
7.7.3 电容器电容的计算 ①假设两极板分别带电荷 q，求得两极间 E ， 进而计算出 U AB ； ② C q U AB 所求一定与 C 无关，仅由电容器 本身性质决定。
1 平板电容器 （1）设两导体板分别带电 Q （2）两带电平板间的电场强度 Q
0 0S （3）两带电平板间的电势差 Qd U Ed 0S
大学物理学电子教案课件
大学物理学电子教案课件第一章：引言1.1 课程介绍理解大学物理学的地位和作用掌握物理学的基本概念和原理培养科学思维和科学方法1.2 物理学的发展历程回顾物理学的历史发展了解著名物理学家的贡献激发学生对物理学的兴趣和热情1.3 物理学的应用领域介绍物理学在各个领域的应用强调物理学对技术和社会的影响引发学生对物理学实际意义的思考第二章：力学2.1 牛顿运动定律掌握牛顿三定律的内容和适用范围理解力和运动的关系求解简单的力学问题2.2 动量和能量学习动量和能量的概念及其守恒定律运用动量和能量原理解决实际问题探讨守恒定律在实际中的应用2.3 刚体运动和转动学习刚体的运动和转动的基本概念掌握转动动能和转动惯量的计算求解刚体运动的动力学问题第三章：热学3.1 温度和热量理解温度的概念及其计量单位学习热量传递的方式和规律探讨热量在实际中的应用3.2 热力学定律掌握热力学第一定律和第二定律理解能量守恒和熵增加原理探讨热力学定律在实际中的应用3.3 热传导和热膨胀学习热传导的机制和定律掌握热膨胀的基本概念和应用求解热传导和热膨胀的实际问题第四章：电磁学4.1 库仑定律和电场掌握库仑定律和电场的基本概念学习电场的计算和电场线求解静电场的实际问题4.2 磁场和电流学习磁场的基本概念和磁场线掌握安培定律和法拉第电磁感应定律求解电磁场的实际问题4.3 电磁波学习电磁波的产生和传播理解电磁波的能量和动量探讨电磁波在通信和能源传输中的应用第五章：光学5.1 光的传播和反射学习光的传播和反射的基本原理掌握反射定律和反射图像的特点求解光学反射的实际问题5.2 光的折射和透镜学习光的折射原理和透镜的基本概念掌握透镜的成像规律和焦距的计算求解光学折射的实际问题5.3 光的波动性和光谱学习光的波动性和干涉现象掌握光谱的产生和应用探讨光的波动性在科学研究中的应用第六章：量子力学基础6.1 量子现象理解黑体辐射和普朗克量子理论学习光电效应和康普顿效应掌握波粒二象性和不确定性原理6.2 量子力学的基本概念了解量子态和量子叠加学习量子纠缠和量子隧穿掌握薛定谔方程和海森堡不确定性原理6.3 量子力学的应用探讨量子力学在原子、分子和固体物理学中的应用学习量子计算和量子通信的基本原理了解量子力学在现代科技中的应用第七章：原子物理学7.1 原子结构学习原子的电子排布和能级掌握泡利不相容原理和洪特规则了解原子的光谱和能级跃迁7.2 原子核物理学了解原子核的结构和组成学习核力和核反应掌握核素的性质和放射性衰变7.3 激光和光谱学学习激光的原理和应用掌握光谱学的原理和技术探讨激光和光谱学在科学研究和工业应用中的重要性第八章：分子和固体物理学8.1 分子结构和性质学习分子的轨道理论和VSEPR模型掌握分子的键合理论和分子间作用力探讨分子的物理化学性质8.2 固体物理学基础了解固体的分类和晶体结构学习晶格的振动和电子能带理论掌握固体材料的性质和应用8.3 半导体和纳米材料学习半导体的基本原理和特性掌握半导体器件的工作原理探讨纳米材料的特性和应用第九章：热力学9.1 热力学势学习自由能和吉布斯自由能掌握化学势和相变探讨热力学势在材料科学和化学工程中的应用9.2 热力学循环和热机学习热力学循环的基本原理掌握卡诺循环和热机的效率探讨热机在能源转换和热力学工程中的应用9.3 热传递和热控制学习热传递的基本方式和机制掌握热传导、对流和辐射的计算探讨热控制技术和热管理在工程和科学研究中的应用第十章：现代物理学进展10.1 相对论理解狭义相对论和广义相对论的基本原理学习时空的弯曲和引力波探讨相对论在粒子物理学和宇宙学中的应用10.2 粒子物理学了解粒子物理学的基本概念和标准模型学习强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用探讨粒子物理学在探测新粒子和探索宇宙起源中的应用10.3 宇宙学和天体物理学学习宇宙的起源和演化掌握宇宙大爆炸理论和暗物质、暗能量的概念探讨天体物理学在探索宇宙结构和星系形成中的应用第十一章：生物物理学11.1 生物物理学的概述理解生物物理学的定义和研究范围掌握生物物理学的基本研究方法探讨生物物理学在科学研究和医学应用中的重要性11.2 生物分子的物理性质学习生物分子的结构和功能掌握生物分子的相互作用和动力学探讨生物分子在生物系统和疾病中的作用11.3 生物膜和细胞物理了解生物膜的结构和功能学习细胞物理的基本原理探讨生物膜和细胞物理在细胞信号传导和疾病中的作用第十二章：环境物理学12.1 环境物理学的概述理解环境物理学的定义和研究范围掌握环境物理学的基本研究方法探讨环境物理学在环境保护和可持续发展的应用中的重要性12.2 大气物理学和气象学学习大气的组成和结构掌握大气现象和气象学的基本原理探讨大气物理学和气象学在天气预报和气候变化研究中的应用12.3 地球物理学和地震学了解地球的内部结构和物理性质学习地震的产生和传播探讨地球物理学和地震学在地震预测和地质勘探中的应用第十三章：物理实验和测量技术13.1 物理实验的基本方法和技巧掌握物理实验的设计和数据处理方法学习物理实验中常用的测量技术和仪器探讨物理实验在科学研究和工程应用中的重要性13.2 现代物理测量技术了解现代物理测量技术的发展趋势学习激光测量、光纤测量和电子测量等技术探讨现代物理测量技术在精密工程和科学研究中的应用掌握口头报告的准备和表达技巧探讨物理实验报告和口头报告在学术交流和职业发展中的应用第十四章：物理学在工程和技术中的应用14.1 物理学在电子技术和信息技术中的应用了解电子器件和半导体材料的基本原理学习光电子学和光通信技术的应用探讨物理学在电子技术和信息技术发展中的作用14.2 物理学在能源和环保技术中的应用掌握能源转换和节能技术的原理学习清洁能源和环境监测技术的应用探讨物理学在能源和环保技术发展中的作用14.3 物理学在材料科学和纳米技术中的应用了解材料科学的基本原理和制备方法学习纳米材料的特性和应用探讨物理学在材料科学和纳米技术发展中的作用第十五章：物理学教育和研究的前沿问题15.1 物理学教育的现状和挑战分析当前物理学教育的问题和挑战探讨改进物理学教育的方法和策略思考如何培养具有创新能力和批判性思维的物理学人才15.2 物理学研究的趋势和挑战了解当前物理学研究的热点和前沿问题探讨物理学在交叉学科和多领域中的应用思考如何应对物理学研究中的挑战和机遇15.3 物理学教育和研究的国际合作和交流学习国际合作和交流的重要性掌握国际合作和交流的技巧和策略探讨如何加强物理学教育和研究领域的国际合作和交流重点和难点解析重点：1. 物理学的基本原理和概念，如牛顿运动定律、热力学定律、电磁学、光学等。