大学物理一复习第五章静电场和习题小结ppt课件

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大学物理课件第五章静电场65页PPT

大学物理课件第五章静电场65页PPT
结论: 电场中各处的力 学性质不同。
2、在电场的同一点上放 不同的试验电荷
结论: F 恒矢量
q0
F3
q3
F1
q1
Q
q2
F2
电场强度定义:
E
F
qo
单位:N·C-1
1. 电场强度的大小为F/q0 。
2. 电场强度的方向为正电荷在该处所受电场 力的方向。
FqE
➢ 电场强度的计算
1.点电荷电场中的电场强度
n
Fi
E i1 q0
n Fi q i 1 0
n
Ei i1
q1 r0 1
F02r02q2 F
q0
F01
若干个静止的点电荷q1、q2、……qn,同时存在时的
场强为
n
E Ei
i 1
i
qi
4 π ori2
eˆri
3.连续分布电荷电场中的电场强度
将带电体分成许多无限小电荷元 dq ,先求出它在任意
目录
第五章 第六章 第七章 第八章
静电场 静电场中的导体和电介质 恒定磁场 变化的电磁场
第五章 静电场
5-1 电荷 库仑定律 5-2 电场 电场强度 5-3 高斯定理及应用 5-4 静电场中的环路定理 电势 5-5 等势面 电势梯度
5-1 电荷 库仑定律
➢ 电荷 带电现象:物体经摩擦 后对轻微物体有吸引作 用的现象。 两种电荷: • 硬橡胶棒与毛皮摩擦后 所带的电荷为负电荷。
Qi c
电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程( 例如 核反应和基本粒子过程 ),是物理学中普遍的基本定
律之一。
➢ 库仑定律
库仑定律描述真空中两个静止的 点电荷之间的相互 作用力。

大学物理 静电场

大学物理 静电场

0
s q
(3)任意闭合曲面 s ,不包围电荷,点
电荷 q 位于闭合曲面外,情况如何?
有电场线连续,则穿入和穿出曲面 s 的电场线数 相等,则穿出闭合曲面 s 的电场强度通量为零。
qi e E ds 0
s
q
0
(4)任意闭合曲面 s 内有点电荷 q1 , q2 ,, qn 曲面外有点电荷 Q1 , Q2 ,, Qn ,则通过该闭 合曲面的电场强度通量
第五章 静电场
静电场----相对于观察者静止的电荷产生的电场
稳恒电场—不随时间改变的电荷分布产生不随时间
改变的电场
两个物理量:
场强、电势;
一个实验规律:库仑定律;
两个定理:
高斯定理、环路定理
§1 电荷及其相互作用
摩擦起电和雷电:对电的最早认识
§8-1 电荷
库仑定律
电荷的种类:正电荷和负电荷
电性力:同号相斥、异号相吸 电量:物体带电的多少 使物体带点的方法: 1.摩擦起电
e E ds q 4 0 R q
2
ds
ds
q
0
(2)任意闭合曲面 s 内包围一点电荷q 以 q 为中心作一半径为 R 的球面,由于电场线
在空间连续不中断,显然通过球面与通过闭合曲面
s 的电场强度通量相等

q e E ds
s
x dE
电场强度的计算
dq
y
R
当dq 位臵发生变化时,它所激发的电场 矢量构成了一个圆锥面。 所以,由对称性
.
z
x
dE
dE
E y Ez 0
§3 静电场的高斯定理
电场线

大学物理静电场ppt课件

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ψ E d S E co d Ss
S
S
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n
n E
S
30
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) 曲面以电荷为中心的球面 (2) 曲面包围电荷任意封闭曲面 (3) 曲面不包围电荷任意封闭曲面
最新课件
31
解: (1) 曲面为以电荷为中心的球面
Φe
EdS
S
最新课件
10
q 带电量为 的点电荷在电场强度为 的电场中受到的E电场力
FqE
q为正,
与F同向E;
q为负,
与F反向E.
3.点电荷的场强分布
E
F q0
1Q
4 π 0 r 2 er
E
Q
E
Q
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11
4、场强叠加原理
q q 点电荷 对 i 的作用0 力
Fi
1 4πε0
qiq0 ri2
ei
q 由力的叠加原理得 所受合力0
Ex 2Ecos
Ey 0
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E
E
E e
r
q
y
B
r
y
e
q
l
x
14
cos l / 2
y2 (l / 2)2
EEx4π10(y2lq2l/4)3/2
y
E
E B
E e
r
q
r
y
e
q
E 的方向沿x轴的负向。
l
x
y l 若
, 定义电偶极矩
pql
1 ql E
4 π0 y3
1p
4π y3
0 最新课件
3.电荷守恒

四川大学大学物理第五章习题册解答 PPT

四川大学大学物理第五章习题册解答 PPT

5.一无限长均匀带电圆柱体,半径为R,沿轴线方向的
线电荷密度为l,试分别以轴线和圆柱表面为电势零点,
求空z解间:的en 电 势E分dS布以Q.0轴线22为rr电hhEE势 零ll00Rr点RR22h22h

E E

lr 2 0R
l 2 0r
P
x

b
0dx
x

0 b

s 0
dx


s 0
bx

b

0 x

s 0
dx

s 0
x b
ห้องสมุดไป่ตู้
x

b

b x
0dx

0 b

s 0
dx

s 0
bx

b
s b 0
-b
o +b x
s b 0
8.一空气平板电容器,极板A、B的面积都是S,极板
Q1
4 0r 2
Q2 Q1
rP O
5.一个带负电荷的质点,在电场力作用下从A点经C 点运动到B点,其运动轨迹如图所示,已知质点运动的
速率是递减的,图中关于C点场强方向的四个图示中正 确的是:
A
E
B
C
B
C
B
E
A
A
E
C C
B D C
B
AE
d
Ft A
Fn
dt 0 at 0 运动轨迹为曲线,存在法向加速度

Q
0

E E

s 2 0
x

b, E

大学物理静电场ppt课件

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大学物理静电场ppt 课件
目录
• 静电场基本概念与性质 • 静电场中的电荷分布与电势 • 静电感应与电容器 • 静电场中的能量与动量 • 静电场与物质相互作用 • 总结回顾与拓展延伸
01
静电场基本概念与性质
电荷与电场
电荷的基本性质
同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
电场的概念
电荷周围存在的一种特殊物质,它对放入其中 的其他电荷有力的作用。
典型问题解析
电荷在电场中的受力与运动
根据库仑定律和牛顿第二定律分析电 荷在电场中的受力与运动情况。
电场强度与电势的关系
通过电场强度与电势的微分关系,分 析电场强度与电势的变化规律。
电容器与电容
分析平行板电容器、圆柱形电容器等 典型电容器的电容、电量、电压等物 理量的关系。
静电场的能量
计算静电场中电荷系统的电势能、电 场能量等物理量,分析静电场的能量 转化与守恒问题。
某些晶体在受到外力作用时,内部产生电极化现象,从而在晶体表面产生电荷的现象。 压电效应具有可逆性,即外力撤去后,晶体又恢复到不带电的状态。
热电效应
温差引起的电荷分布和电流现象。包括塞贝克效应(温差产生电压)和帕尔贴效应(电 流产生温差)。
压电效应和热电效应的应用
在传感器、换能器、制冷技术等领域有广泛应用。
静电场能量密度及总能量计算
静电场能量密度定义
01
单位体积内静电场所具有的能量。
计算公式
02
能量密度 = 1/2 * 电场强度平方 * 电介质常数。
静电场总能量计算
03
对能量密度在整个空间进行积分。
带电粒子在静电场中运动规律
运动方程
根据牛顿第二定律和库仑定律建立带电粒子在静 电场中的运动方程。

大学物理课件静电场

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。

2020年大学物理教学ppt05静电场

2020年大学物理教学ppt05静电场

1
分布有关,与电介质的
种类无关。


E 0
E E
0
r
r
D E E (2)电位移线 ① 两条规定:
0r

E 00

D A
dS
D
电位移线上任一点
B d D B
的方向: 切线方向与该点的
D 电位移方向一致。
A
D

d D
D 的大小: 引入电位移线密度
dS
0 ' ' 0
特点:电介质内无自由电荷。
将电介质放入电场,表面
出现 极化电荷— 介质的 极化。
E

E 0

E'

E 0
极化场E’ 削弱外场 E0
但不能抵消外场。
介质的极化现象直接影响 介质内部的场强分布。
2019/12/10
E0 E'
E
外场
E0
极化场
E'
介质内部的场 E 10
2.极化的微观机制

S
D

dS
D

DScos
D

S
D

dS
D S 2019/12/10
17
例题1:如图有一均匀带电介质球,介电常数为ε1 ,外包围 介电常数为ε2 的均匀介质(ε1>ε2)。求场强的分布?
解:带电体球对称,用介质情况的高斯定理:

R
P1为球外一点 时:
D dS D4r
一、静电场中的导体
1.静电平衡条件 (1)静电感应现象
导体内有大量 的自由电子。
导体在外电场作用下发生电荷重 新分布的现象。

大学物理静电场 ppt课件

大学物理静电场 ppt课件
46
讨论:
a. q0 e0
电量为q的正电荷有q/0条电场线 由它发出伸向无穷远
q0e0
电量为q的负电荷有q/0条 电场线终止于它
对于两个无限接近的球面,通过他们的电通量都相同。 说明电场线在无电荷处连续。
b、若q不位于球面中心, 积分值不变。
+q
c、若封闭面不是球面, 积分值不变。
q
E•dS
第四篇
电磁学
1
2
第九章
静电场----相对于观察者静止的电荷产生的电场 两个物理量:电场场强、电势;
一个实验规律:库仑定律; 两个定理: 高斯定理、环流定理
3
9-1 电荷 库仑定律
一、电荷
1、两种电荷:正电荷“ +”、负电荷“ –” 同号相斥、异号相吸
2、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
x
2
dl
dxE dc E od syE dsE in
5. 选择积分变量
r、、l 是 变 量 , 而 线 积一分个只变能量21
选θ作为积分变量 lac( t g)actg
dlacs2cd r2 a2 l2
y
dE
dEy
a 2 a 2 c tg 2 a 2 csc2
dE x410rd2 lcos
i
讨论(1)当 q0, E 的方向沿x轴正向
当 q0, E 的方向沿x轴负向 (2)当x=0,即在圆环中心处,E0

x
E0
dE 0时 dx
x
a 2
aq
E Emax
4
2
0(a2
a2 2
3
)2
28
xq
E

大学物理静电场.ppt

大学物理静电场.ppt

例 求一均匀带电直线在P点的电场。 y
解:建立直角坐标系
dE
取线元 d x 带电 dq dx
P
x
dE 1 dx 4 0 r 2
将 dE 投影到坐标轴上
dEx
1
40
dx
r2
cos
Ex
1
40
r2
cosdx
1
a
r
θ 2
x dx
dEy
1
40
dx
r2
sin
Ey
1
4 0
r2
sin dx
电场强度的计算
负电荷
正电荷
+
电场线
一对等量异号电荷的电场线
§电2场电强度场 电场强度
静电场:相对于观察者静止的电荷在周围空间激
发的电场。
{ •试验电荷q及条件
点电荷(尺寸小)
q足够小,对待测电场影响小
•定义电场强度
E
F
q
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。方向为正电
荷在该点的受力方向。
FA Aq
B
q
FB
电电场场强强度度叠的计加算原理:
• 宏观带电体的带电量Qe,准连续
库仑定律
3.库仑定律(点电荷的相互作用规律)
点电荷
可以简化为点电荷的条件:
d << r
Q1
r
观察点 P
d
库仑定律:在真空中,两个静止点电荷之间的相
互作用力与这两个点电荷的电荷量q1和q2的乘积成 正比,而与这两个点电荷之间的距离r12(或r21) 的平方成反比,作用力的方向沿着这两个点电荷
积分变量代换

《电场电场强度》PPT课件.ppt

《电场电场强度》PPT课件.ppt

E v
2
E1

E
i
Ei

1 4πε0
i
qi ri2
eri
点电荷系在空间任一点激发的总场强等于各个点 电荷单独存在时对该点所激发的场强的矢量和。
这一结论称为场强叠加原理。
第五章 真空中的静电场
10
大学 物理学
5.2 电场 电场强度
例5-2 有两个大小相等的点电荷+q 和-q ,当 它们之间的距离比考察的场点到它们的距离小得 多时,这一带电系统称为电偶极子。
v
q1 q2
rv2
rvi
rv1 rvn
P• q0
Fn
v Fvi
vF2
F1
qi
qn
q0 q0 q0 q0

E E1 E2 En
第五章 真空中的静电场
9
大学 物理学
5.2 电场 电场强度
v
q1
q2
qi
ev2
evi
ev1
rv2 rvi
rv1
qn
rvn
P

q0 evn
En v
Evi
2
大学
物理学 二、电场强度
5.2 电场 电场强度
试验电荷(检验电荷)
必须满足的两个条件:
点电荷
电荷足够小
(1) 所带电量要足够小,以不至于影响原来的电 场分布。
(2) 其线度要足够小,以至于所得的结果能精 确反映电场各“点”的性质。
为叙述方便,在下面讨论中均用正电荷作试探电荷。
思考 试探电荷与点电荷有何不同?
电场的基本特性是对处在场中的电荷有力的作 用,电场对电荷的作用力叫电场力。

大学物理课件——第五章 静电场

大学物理课件——第五章 静电场

作业: 5.2
3.电场强度
3.1 电场的概念 电场间相互作用的场的观点:
电荷
电场
电荷
电场:电荷周围空间存在的一种场,叫电场。静 止电荷产生的电场,叫静电场。
电场的基本性质:对电荷产生作用力
3.2.电场强度
Q
E F q0
q0
F

E
为矢量:
大 方
小 向
: :
E F / q0 沿F 方向
德国数学家和物理学家。1777年4月30日生于德国布伦瑞克,幼时家境贫困, 聪敏异常,受一贵族资助才进学校受教育。1795~1789年在哥廷根大学学习, 1799年获博士学位。1870年任哥廷根大学数学教授和哥廷根天文台台长,一直 到逝世。1833年和物理学家W.E.韦伯共同建立地磁观测台,组织磁学学会以联 系全世界的地磁台站网。1855年2月23日在哥廷根逝世。
谢水奋 副教授 厦门大学物理系 sfxie@
1-16周 星期一 第3-4节 1号楼(学武楼)C206 1-16周 星期四 第5-6节 1号楼(学武楼)A206
教学内容:
电磁学篇(课本上册第5-8章) 振动与波动(课本上册第4章) 波动光学篇(课本下册第12章)
考核方式:
玻璃棒与丝绸摩擦后所带 的电荷为正电荷。
摩擦起电
物体所带电荷量,符号Q (q),单位库伦 C。
1.2 电荷的基本性质 a. 电荷间有力的相互作用,同性相斥,异性相吸。
b.电的中和;
1.3 物质的电结构 物体因得失电子而带电荷。得到电子带负电;
失去电子带正电。电荷是物质的一种基本属性, 就象质量是物质一种基本属性一样。
32
4
E
P
E- r

大学物理精第五章真空中的静电场ppt课件

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三、高斯定理
1.表述:在真空中的任何静电场中,通过任一闭 合曲面的电场强度通量等于该闭合曲面内所包 围电荷的代数和除以ε0。
ppt精选版
39
S
• Q
2.数学表达式:
Φ e E d S E c o sd S
n Q i
i 1 0
其中:E为高斯面内、外场源电荷的电场矢量和。
*高斯面为封闭曲面;
q1
Fi
1
4π 0
qiq0 ri3
ri
q2
q3
由力的叠加原理得 q 所0 受合力
F Fi
i
故 q 处0 E总F电 场强Fi度
q0
q i 0
i
Ei
ppt精选版
r1 r2
r3
q0
F3 F2 F1
17
1.电场强度的叠加原理:
点电荷系在某点产生的场强,等于各点电荷单 独存在时在该点分别产生的场强的矢量和。
过球面的电通量
Φe
Q 0
• Q
由图可知从曲面一侧穿入的
电场线必定从另一侧穿出,所
以通过曲面的电通量为0
ppt精选版
38
*如点电荷为负,则通过闭合曲面的电通量为负。
*点电荷发出的通过闭合球面的电通量与球面半径 无关,任意形状的闭合曲面也如此。
*如果闭合曲面没有包含点电荷则进入曲面和穿 出曲面的电场线相同,总电通量为零。
解:选择如图所示的高斯面(电场球对称)
E Φe E cosdS
r
EdSE4r2
R
由高斯定理
Φe
Q 0
E 4 r2 Q 0
1Q
pEpt精选版40 r2
43
例题10 两同心均匀带电球壳,内球球壳半径R1 、 带电量+Q,外球球壳半径R2 、带电量-Q ,不计 球壳厚度,试求电场强度的空间分布。

[实用参考]大学物理静电场知识点归纳总结.ppt

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3.连续带电体的电场
电荷元:dq
电荷线分布 dq dl
dl
电荷体分布 dq dV
dV
dq
电荷面分布 dq dS
dS
电荷元场强
dE

1
4π 0
dq r2
er
r. P dE
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对于电荷连续分布的带电体,在空间一点P的场强为:
E
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例题7-7 求均匀带电圆盘轴线上任一点的电场。
解:由例题7-6均匀带电圆环轴线上一点的电场
E
xq
4π 0 (R2 x2 )3/ 2
xdq
dE 4π 0 (r 2 x2 )3/ 2

x 2πrdr 4π 0 (r 2 x2 )3/ 2
R

P dE
rx

θ
en
θ
ES
5.非均匀电场通过曲面S 的电场强度通量:

ΨE S E cosdS SE dS
S
en

dS
θ

SE
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6.面元法向规定: ⑴非封闭曲面面法向正向可任意取 ⑵封闭曲面指外法向。
注意:
电通量是标量,但有正负。
当电场线从曲面内向外穿出是正值。
dE 1
4π 0
drq2 er
电荷体分布: 电荷面分布:
E

1
4π 0

dV
r2
er

E
1
4π 0
ds
r2 er
电荷线分布:

E

大学物理课件第五章 静电场

大学物理课件第五章 静电场
SE
电力线特性
1) 始于正电荷,止于负电荷(或来自无穷远,去 向无穷远),不会在没有电荷处中断.
2) 电力线不相交. 3) 静电场电力线不闭合.
八. 电通量
通过电场中某一个面的电力线数叫做通过这个面
的电场强度通量. 均匀电场 ,E垂直平面
ES
SE

均匀电场 ,E与平面夹角
EScos
i
六.电场强度的计算 1.点电荷的场强
根据库仑定律和 场强的定义
r f

Qq
4e0r2
r0
r
rf
E
q
Q r Q r
q0 E E q0
r Q
E 4e0r2 r0
2.点电荷系的场强
由场强叠加原理
EEi
i
E

n i1
qi
4e0ri2
ri
3.任意带电体的场强
q e0

r dS
+
点电荷在任意封闭曲面内
d4πqe0r2 dScos

q
4π e0
dS' r2
其中立体角
drS2' d
q 4π e0
deq0
dS'
dS
+

r
dS'

dS
点电荷在封闭曲面之外
r
d1 E 1d S 1 0

d2 E 2d S 2 0q
r s(柱面) s(上底) s(下底)
x EdS s(柱面)
+
E
dS

S
E
即如电场线从闭合曲面内向外穿出, 则电通量为正;反之,电通量为负

大学物理学第五版马文蔚高等教育出版社静电场1ppt课件

大学物理学第五版马文蔚高等教育出版社静电场1ppt课件

性相吸”。q1
q2
q1
q2
大小:
+
F1 2
F12F2
1k
q1 q2 r2
r
+
F2 1
+ F12 r

F2 1
(k =8.988109 N·m2·C29109 N·m2·C2)
方向:同性相斥,异性相吸。
矢量表示:
F kqr1q22
令: k
e施力 受力
1
4 0
1
精(5选-p1pat课)件2021F40
n
即:
E Ei
(5-3)
i 1
•• q1 qn F3
•q2
•q0 F2
•q3
Fn
F1
点电荷系在空间任一点所激发的总场强等于各个点电荷单独
存在时在该点各自所激发的场强的矢量和。
精选ppt课件2021
7
四.场强的计算 (重点、难点)
线1.索点:电从荷点的电场荷强的场强
公理带式电求出体EF出发的点q4,场F电0q利强0荷0q4r用。系2qe叠0及r2加任e 原意
大学物理
静电场
(第一讲)
作业:P191 习题 5-7 5-9 5-12
精选ppt课件2021
1
第五章 静电场 静止电荷产生的电场
5-1电荷的量子化 电荷守恒定律
电学主要研究电磁场的规律及物质的电学、磁学性质,研究与 电磁现象有关的规律。电学是牛顿唯一没有问津的领域。
对电的初步认识:摩擦生电 丝绸-玻璃(+)毛皮-橡胶(-)
电场
a) 电量 q0 足够小;
q0 F
+
E b) q0
定义:
的几E 何 尺F寸足够(5小-2.)

大学物理静电场PPT课件

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。

大学物理教学ppt02静电场

大学物理教学ppt02静电场
(1)描绘电力线的目的,在于形象地反映电场中各点场强的分布情 况,并不是电场中真有这些曲线存在,它是假想的一些曲线。
(2)电力线各点的切线方向是场强方向,也就是正电荷受力方向, 或者说是加速度方向,而不是速度方向,因而电力线不是电荷运 动的路径。
例 一个带正电荷的质点,在电场力作用下从A点经C点运 动到B点,其运动轨迹如图所示.已知质点运动的速率是递 增的,下面关于C点场强方向的四个图示中正确的是:












Ⅱ Ⅲ

解:由上题已知:
无限大带正电平面:E
场强分布如图(红色)

2 0
无限大带负电平面:E
场强分布如图(兰色)

2 0
由场强迭加原理:
Ⅰ区、 Ⅲ 区:EⅠ=EⅢ=0
Ⅱ区: E E
E



2020/1/14
求:E p ?
解:dE

4
xdq (x2
r )2
3 2
0
R
dr
dE方向沿
x
轴方向
r x Px

o
dq dS 2rdr
各圆环在P点的
场强方向相同
R xrdr


E
0
2
0
(
x2

r
2
3
)2
E


当 x R 时:E 当 x R时:E
2q0
2020/1/14
4 0 x
2
方 向

x
(1
)
2 0
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掌握
E内
0
E内
E外0
§5-4 电场强度通量 高斯定理
※高斯定理
熟练掌 握
高斯定理 Φe
E dS
1
S
0
n
qi
i 1
1. :只与高斯面内电荷有关,与面外电荷无关。
2. E: 为高斯面上某点的场强,是由空间所有电 荷产生的,与面内面外电荷都有关。
3. = 0,面内不一定无电荷,有可能面内电荷 等量异号。
4. =0,高斯面上各点的场强不一定为 0。
讨论
将 q2 从 A 移到 B q2 A P*
点 P 电场强度是否变化?
s
q1
s 穿过高斯面 的 Φe有否变化? q2 B
在点电荷 q 和 q 的静电场中,做如下的三
个闭合面 S1 , S2 , S3 , 求通过各闭合面的电通量 .
q
Φe1
E dS
F3
F2 F1
任意一点的场强 等于各个电荷单独存 在时在该点产生的场 强的矢量和。
电荷连续分布的电场
掌握
➢将带电体分割成无限多个电荷元dq。
➢电荷元的场
dE
1
4 0
dq r2
er
q
dE
P
➢由场叠加原理
dq
E dE
V
V
1
4 0
dq r2
er
V
三、计算场强解题思路及应用举例
1.建立坐标系。
解:建立坐标系。
O
dq

x
设杆的左端为坐标原点
O,x轴沿直杆方向.
L
d
在x处取一电荷元:dq = ldx = qdx / L, 它在P点的场强:
dE
dq
4 0 L d x2
qdx
4 0 LL d x2
总场强:
E q L
dx
4 0 L 0 (L d-x)2
q
4 0d L d
x
O
q3
q1、q2、q3、q4
思考问题:
1.如果高斯面内无电荷,则高斯面上E处处为零。
2.如果高斯面上E处处不为零,则该面内不一定有电荷。 3.高斯面内的电荷代数和为零时,则高斯面上各点的 场强一定为零。
请思考:1)高斯面上的 E 与那些电荷有关 ?
s 2)哪些电荷对闭合曲面 的 Φe 有贡献 ?
利用高斯定理求场强 E 的步骤:
➢ 要求电场具有特殊对称性。
熟练掌
➢ 对于有对称性的电场,选取合适的高握斯面,
计算电场通量。
合适:1)高斯面过所求场点,且选取规则形状。
2)一部分面:
E
的大小处处相等,且有
E // dS, cos 1
另一部分: E dS,
cos 0
(目的是把“ E ”从积分号里拿出来)
➢ 计算高斯面内的电荷,由高斯定理求 E。
大学物理一复习第五章静电场 和习题小结
学习要点
一、 两个物理量——电场强度和电势. 二、 两个重要定理——高斯定理、环路定理.
5-3 静电场 电场强度 一、点电荷的电场强度
熟练掌 握
二 场强叠加原理
掌握
点电荷系的电场
E
i
Ei
1 4πε0
i
Qi ri2
ei
q1
q2 q3
r1 r2 r3
q0
(L+d-x)
dE
dq

x
L
d
方向沿x轴,即杆的延长线方向.
(2)P点电势:
dq
d U 4π L d x 0
qd x
4π LL d x 0
总电势:
x
q L dx
U
4
L
0
(L
d-x)
0
q Ln L d
4 L d 0
O
dq

x
L
d
(3)q0所受的电场力:
F q0E
q0q
40d L
d
例2:无限大均匀带电平面场强: 匀强电场。
0
E
q1
4 0
r
2
q1 q2
40r 2
(r R1) (R1 r R2 )
(r R2 )
二、轴对称——无限长直线、圆柱体、圆柱面。
例4、无限长均匀带电直线,电荷线密度为 ,求距
r 直线为 处的电场强度.
P170例3
解 对称性分析:轴对称 选取闭合的柱形高斯面
z en
SE dS

2.确定电荷密度: 体 , 面, 线

3.求电荷元电量:
体dq= dV, 面dq= dS, 线dq= dl。
4.确定电荷元的场:
5.求场强分量Ex、Ey。
求总场
例1、如图所示:电荷q均匀地分布在பைடு நூலகம்为L 的细棒上,求: (1)棒延长线上P点的电场; (2)P点的电势。 ( 场力3)是把多一少点?电荷q0放在P点,它所受的电
高斯定理运用举例:
掌握所有 例题
---计算有对称性分布的场强
1、球对称——球体、球面、球壳等。 2、轴对称——无限长直线、圆柱体、圆柱面。 3、面对称——无限大均匀带电平面。
一、球对称——球体、球面、球壳等。
例1 设有一半径为R , 均匀带电Q 的球面.
求球面内外任意点的电场强度. 解 对称性分析:球对称
S1
0
q
q
Φe2 0
Φe3
q
0
S1
S2 S3
点电荷q1、q2、q3和 q4 在真空中的分布如图所示.图 中S为闭合曲面,则通过该闭合曲面的电场强度通量
SE d
S
=____________,式中的
E 是点电荷________在闭合曲面上任一点产生的场
强的矢量和.
q1
q2 q4
S
答案: q2 q4 / 0
q
高斯面:半径为 r 的同心球面.
q q
RE
o r
n
球面上各点的场强 E 大小相
等,方向与法线同向。
E // dS, cos 1
高斯面
S EdS
cos
q
0
E 4r 2 q 0
1q
E 4 0 r 2
E S dS
q
0
q
R
E
o r
n
与点电荷的场相同。
高斯面
2. r < R
q
高斯面:半径为 r 的同心球面.
P168例2
高斯面:闭合球面
(1) 0 r R
SE dS 0
E 0
S
O
Rr
Q
(2) r R
E dS
E
4r 2
Q
S2
ε0
E
Q 4πε0r 2
QE
4π 0 R 2
Q 4πε0r 2
o Rr
r
OQ
s
例2:半径 R、带电量为 q 的均匀带电球体,计 算球体内、外的电场强度。
解:1) r > R
E dS E dS E dS
s(柱面)
s ( 上底)
s (下底)
E dS
s (柱面)
++
E
+
r h
x
+
+o
+
eenn
y
E dS EdS
S
s ( 柱面)
h 0 z
2π rhE h
+
0
+
E 2π 0r
r h
+
+o
x+
en y
例5、无限长均匀带电圆柱面的电场。圆柱半径 为R,沿轴线方向单位长度带电量为。
q
q
4 R
3
4 r 3
3
r3 R3
q
3
o RE rn
高斯面
SEdS cos ESdS E4 r 2
q r3q
R3
0
0
E 1 q r
4 R3 0
均匀带电球体场强:
q oR
1 q
E
4
1
0
r2 q
r
40 R3
(r R) (r R)
E
1q
4 0 R 2
oR
r
例3、均匀带电球壳的场强
自己练 习
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