静电场PPT课件
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静电场基本知识_ppt
E
k
Q r2
r>R，Q是整 个球体所带的 电荷量
电场线
我们可以用什么方法来形象地描述电场呢？ 电场线：
电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点 的切线方向表示该点的电场强度方向。
电场线
电场线
电场线 电场线的特点：
电场线是电场中实 际存在的线吗？
1、电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷；
2、大小： F=kQ1Q2/r2
3、方向：同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引.
4、适用条件： ⑴.真空(空气中近似成立) ⑵.点电荷
点电荷是一种理想化模型，只有电荷量而没有大 小的几何点。
5、应用多个电荷的库仑定律时，应注意：
(1)任何一个电荷所受的库仑力等于周围其他各点电荷 对它的作用力的合力。 (2)几个库仑力或库仑力和其他性质的力合成时均遵 守平行四边形法则。
的。
A
B
电荷
电场
电荷
电场以及磁场已被证明是一种客观存在，并且是互相联系的， 统称为电磁场。
变化的电磁场以有限的速度——光速，在空间传播。
它和分子、原子组成的实物一样具有能量、质量和动量，因而 场与实物是物质存在的两种不同形式。
本章只讨论静止电荷产生的电场，称为静电场。
电场强度 电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。
EF q
E
k
Q r2
式中Q是场源电荷大小
如果以Q为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相 等。
电场强度的叠加
如果场源电荷不只是一个点电荷，那么电场强度又是多少呢？
电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在 该点产生的电场强度的矢量和
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。
大学物理静电场ppt课件
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。
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。
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。
静电场复习PPT教学课件
绝缘光滑的水平面上放一个轻质弹簧，弹簧两 端连接两个带电小球(可视为质点)，起初弹簧 的伸长量为Δx，则当两小球的带电量都变为原 来的一半时，弹簧的伸长量为Δx’，则 Δx’ _____ Δx /4
如图所示，绝缘光滑水平面上，在A、B两固 定的点电荷，带电量分别为-q、9q，其间距为 r，现引入第三个点电荷C， 要使点电荷C静止，则应将其放在何处？ 若A、B两电荷不固定，则C带电量应为多少？
二.生态系统的功能
()
一 能 量 流 动
1942年，美国生态学家林德曼（R.L.Lindeman，1915— 1942）对一个天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定 量分析，得出了上图所示的数据。
能量传递的 “十分之一定律”
一般来说，在输入到某一个 营养级的能量中，只有10 ％～20％的能量能够流动到 后一个营养级，也就是说， 能量在相邻的两个营养级间 的传递效率大约是10％～20 ％。为了形象地说明这个问 题，可以将单位时间内各个 营养级所得到的能量数值， 由低到高绘制成图，这样就 形成一个金字塔图形，叫做 能量金字塔。从能量金字塔 可以看出，在一个生态系统 中，营养级越多，在能量流 动过程中消耗的能量就越多。
的影响. 10.大型工程建设对人类及其环境的影响. 11.城市系统生态学. 12.人口和遗传特性的演变同环境变化的相互关系. 13.对环境质量的评价. 14.环境污染及其对生物圈影响的研究.
三.生物圈保护区的特征
四.生物圈保护区的功能
(一) 自然保护区与传统土地利用结合功能 (二) 研究和监测功能 (三) 教育和培训功能 (四) 合作功能
二氧化碳问题
自然界自发进行的碳循环，在很长的时期内始终处于一 种均衡的状态，使地球的环境基本保持不变。然而人类 的行为却在很短的时间内打破了这种平衡。尤其是近二 百年来，人类对煤、石油和天然气等含碳能源的大量开 采利用，致使更多的二氧化碳被排入大气。本世纪以来， 大气测量的众多数据表明，大气中二氧化碳浓度正在呈 指数上升。二氧化碳能吸收地表的红外辐射，是一种典 型的温室气体。自从100年前瑞典化学家阿伦尼乌斯 （Svante Arrhenius）提出大气中二氧化碳丰度的变化 会影响地表温度的假说以来，越来越多的科学家致力于 大气中二氧化碳与环境关系的研究。时至今日，大量的 研究表明，大气中二氧化碳浓度的增长， 将继续使全 球气候发生变化，从而也给人类社会带来了深远的影响。
如图所示，绝缘光滑水平面上，在A、B两固 定的点电荷，带电量分别为-q、9q，其间距为 r，现引入第三个点电荷C， 要使点电荷C静止，则应将其放在何处？ 若A、B两电荷不固定，则C带电量应为多少？
二.生态系统的功能
()
一 能 量 流 动
1942年，美国生态学家林德曼（R.L.Lindeman，1915— 1942）对一个天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定 量分析，得出了上图所示的数据。
能量传递的 “十分之一定律”
一般来说，在输入到某一个 营养级的能量中，只有10 ％～20％的能量能够流动到 后一个营养级，也就是说， 能量在相邻的两个营养级间 的传递效率大约是10％～20 ％。为了形象地说明这个问 题，可以将单位时间内各个 营养级所得到的能量数值， 由低到高绘制成图，这样就 形成一个金字塔图形，叫做 能量金字塔。从能量金字塔 可以看出，在一个生态系统 中，营养级越多，在能量流 动过程中消耗的能量就越多。
的影响. 10.大型工程建设对人类及其环境的影响. 11.城市系统生态学. 12.人口和遗传特性的演变同环境变化的相互关系. 13.对环境质量的评价. 14.环境污染及其对生物圈影响的研究.
三.生物圈保护区的特征
四.生物圈保护区的功能
(一) 自然保护区与传统土地利用结合功能 (二) 研究和监测功能 (三) 教育和培训功能 (四) 合作功能
二氧化碳问题
自然界自发进行的碳循环，在很长的时期内始终处于一 种均衡的状态，使地球的环境基本保持不变。然而人类 的行为却在很短的时间内打破了这种平衡。尤其是近二 百年来，人类对煤、石油和天然气等含碳能源的大量开 采利用，致使更多的二氧化碳被排入大气。本世纪以来， 大气测量的众多数据表明，大气中二氧化碳浓度正在呈 指数上升。二氧化碳能吸收地表的红外辐射，是一种典 型的温室气体。自从100年前瑞典化学家阿伦尼乌斯 （Svante Arrhenius）提出大气中二氧化碳丰度的变化 会影响地表温度的假说以来，越来越多的科学家致力于 大气中二氧化碳与环境关系的研究。时至今日，大量的 研究表明，大气中二氧化碳浓度的增长， 将继续使全 球气候发生变化，从而也给人类社会带来了深远的影响。
《静电场及其综合应用问题》PPT课件
q＝1.0×10－6 C的小球，用绝缘细线悬挂在水平向右的匀强 电场中，假设电场足够大，静止时悬线向左与竖直方向夹角 为θ＝37°。小球在运动过程中电荷量保持不变，重力加速度 g取10 m/s2。求：(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8) (1)电场强度E的大小； (2)若在某时刻将细线突然剪断，求经过1 s时小球的速度大小 v及方向。
1答8：.【这答(个案3几)】小何6体.物28有；块83个：2小4正s 方末体的．速度大小和 2 s 内的位移大小。
21
解析 (1)对小物块受力分析如图所示，小物块静止于斜面上，则 mgsin 37°＝qEcos 37°， E＝mgtaqn 37°＝34mqg。
(2)当场强变为原来的12时，小物块受到的合外力 F 合＝mgsin 37°－12qEcos 37°＝0.3mg，
解得 q＝mgtEan θ。 (2)因带电小球受力平衡，重力与静电力的合力与丝线的拉力大小相等，故剪断丝
线后小球所受重力、静电力的合力等于cmosgθ，小球的加速度 a＝cogs θ，小球由静 止开始沿丝线拉力的反方向做匀加速直线运动，当碰到金属板时，它的位移为 l
＝sinb θ，又有 l＝12at2，所以 t＝
4
答案 B
5
[针对训练1] 两个带等量正电荷的点电荷如图所示，O点为两电 荷连线的中点，a点在连线的中垂线上，若在a点由静止释放一 个电子，关于电子的运动，下列说法正确的是( ) A.电子在从a点向O点运动的过程中，加速度越来越大，速度越 来越大 B.电子在从a点向O点运动的过程中，加速度越来越小，速度越 来越大 C.电子运动到O点时，加速度为零，速度最大 D.电子通过O点后，速度越来越小，加速度越来越大，一直到 速度为零
解析 带电粒子运动速度沿轨迹切线方向，受力方向与电场线在同一直线上， 静电力指向轨迹弯曲的内侧，B、C错误；由于运动过程中速度逐渐减小，则静 电力做负功，A正确，D错误。 答案 A
1答8：.【这答(个案3几)】小何6体.物28有；块83个：2小4正s 方末体的．速度大小和 2 s 内的位移大小。
21
解析 (1)对小物块受力分析如图所示，小物块静止于斜面上，则 mgsin 37°＝qEcos 37°， E＝mgtaqn 37°＝34mqg。
(2)当场强变为原来的12时，小物块受到的合外力 F 合＝mgsin 37°－12qEcos 37°＝0.3mg，
解得 q＝mgtEan θ。 (2)因带电小球受力平衡，重力与静电力的合力与丝线的拉力大小相等，故剪断丝
线后小球所受重力、静电力的合力等于cmosgθ，小球的加速度 a＝cogs θ，小球由静 止开始沿丝线拉力的反方向做匀加速直线运动，当碰到金属板时，它的位移为 l
＝sinb θ，又有 l＝12at2，所以 t＝
4
答案 B
5
[针对训练1] 两个带等量正电荷的点电荷如图所示，O点为两电 荷连线的中点，a点在连线的中垂线上，若在a点由静止释放一 个电子，关于电子的运动，下列说法正确的是( ) A.电子在从a点向O点运动的过程中，加速度越来越大，速度越 来越大 B.电子在从a点向O点运动的过程中，加速度越来越小，速度越 来越大 C.电子运动到O点时，加速度为零，速度最大 D.电子通过O点后，速度越来越小，加速度越来越大，一直到 速度为零
解析 带电粒子运动速度沿轨迹切线方向，受力方向与电场线在同一直线上， 静电力指向轨迹弯曲的内侧，B、C错误；由于运动过程中速度逐渐减小，则静 电力做负功，A正确，D错误。 答案 A
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
当
x
E0
dE 0时 dx
x
a 2
aq
E Emax
4
2
0(a2
a2 2
3
)2
28
xq
E
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
当
x
E0
dE 0时 dx
x
a 2
aq
E Emax
4
2
0(a2
a2 2
3
)2
28
xq
E
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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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
静电场课件PPT课件
电荷
电场
电荷
场源电荷 建立电场的电荷
静电场 与观察者相对静止的场源电荷所产生的电场
1.电场的基本性质
a.给电场中的带电体施以力的作用。 b.当带电体在电场中移动时，电场力作功. 表明电场具有能量。
c.变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量
表明电场具有动量、质量、能量，体现了它的物质性. 9 2020年4月4日星期六
8 2020年4月4日星期六
医用物理学
第五章 静电场
三.电场 电场强度
法拉第提出近距作用,并提出力线和场的概念.
(一)电场 (electric field)
存在于带电体周围空间的特殊物质。电荷之间的
相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有
电场，引入该电场的任何带电体，都受到电场的作用
力，这就是所渭的近距作用。
真空中两静止点电荷间作用力满足 F12 F21
7 2020年4月4日星期六
医用物理学
第五章 静电场
在国际单位制中, k 写成 k 1
4π 0
0 8.851012 C2 ·N1 ·m2 ,称为真空电容率,
也称为真空介电常数.
库仑定律是一实验定律,其精确性已经受了各种 检验,它在原子尺度内也是适用的,可正确描述 电子与原子核间的作用力,而且对于原子结合成 分子,原子、分子聚合成固体、液体的力也可给 出正确说明.
医用物理学
第五章 静电场
2. 静电场
相对于观察者静止的电荷产生的电场 是电磁场的一种特殊形式
雷电
2020年4月4日星期六
雷电
10
医用物理学
第五章 静电场
(二)电场强度 (electric field intensity)
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。
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和试验电荷无关
位置的函数
E(r)
. 14
7-1 静电场的描述
2、 电场强度的计算 （1）点电荷的电场强度
r E
P
F
1
4πε0
qq0 r2
er
E qF 04π 1ε0rq2e r 正
点
电
q
荷
rr
负
点
电
荷
+
. 15
7-1 静电场的描述
（2）点电荷系的电场强度
E E 1E 2E 3E n4π 1 0i n1rq i2 ie ri
静电场: 静止电荷周围存在的电场。
. 12
7-1 静电场的描述
二、电场强度
1、电场强度的引入
E
F
q0
C FC
v
A
r q0
FA
r Q
q0
rB v q0 F B
Q ：场源电荷 q 0 ：试验电荷
. 13
7-1 静电场的描述
电场强度的性质
大小: 单位试验电荷所受的电场力
方向: 正电荷受力方向
单位: NC1,Vm1
该电场治疗只靶向针对增殖活跃的细胞，因此对增殖不活跃 的正常细胞可免受伤害
. 6
7-1 静电场的描述
一、电荷与电场
1.库仑定律
库仑于 1785~1789年用扭称 测量静电力和磁力，导出著名 的库仑定律。
库仑定律使电磁学的研究从定 性进入定量阶段，是电磁学上 一个重要的里程碑。
法国物理学家库仑
.
7
（C.A.Coulomb1736 --1806 ）
第七章 静电场
目录
7-1 静电场的描述 7-2 静电场的高斯定理 7-3 静电场的环路定理 7-4 电势 7-5 电场与物质的相互作用 7-6 静电场的能量 7-7 静电场的应用
. 2
7-1 静电场的描述
对电的最早认识
电荷的基本性质
2009年7月1日，美 国马萨诸塞州麦德威 市190岁的教堂尖塔
F2
F1
F F 1F 2F 3 . F n4π 1 0i n1q rii2 qe ri 10
7-1 静电场的描述
羊之间的战争：
开篇问题
电荷与电荷之间的作用力怎么实现？ . 11
2、电场
7-1 静电场的描述
电荷
电场
电荷
电场是在带电体周围的一种特殊物质，其基本 特性是对处于电场中的其它电荷或带电体将要施加 电场力的作用。
被闪电击中起火
电场的应用
闪电
通过富兰克林对闪电的观察研究，
得出电荷的基本性质
.
避雷针
避雷针在不同领域的应用， 比如航天、民用等。 3
7-1 静电场的描述
电场在航天上的应用：
离子推进器，又称离子 发动机。
原理:先将气体电离，然 后用电场力将带电的离 子加速后喷出，以其反 作用力推动火箭。
这是目前已实用化的火箭技术中，最为经济的一种。
半无限长带电直导线垂直断面上一点的电场
E (i j)
40x
3. x>>l ，无穷远点场强
x2l2 x2
E
l 2 0x2
2l 4 0 x 2
q
4 0 x 2
相当于点电荷的电场。 .
y
x px
24
7-1 静电场的描述
7-1 静电场的描述
l
E2
1
dqx
0 40 r2 r
20l 40(x2xyd2)y3/2
0l(x2dy2y)3/2x2(x2 yy2)1/2
积分得
l
E
20
xx2
l2
1/2
讨论 1. l >>x ，无限长均匀带电直线
x2 l2 l2,
E 2 0 x
.
y
x px
23
7-1 静电场的描述
2.推论：
（3）任意带电体的电场强度
dE
1
4π0
drq2 er
E dEdE
Q
dE
P
dq
. 16
7-1 静电场的描述
3、 解题思路及应用举例
（1）建立坐标系；
（2）确定电荷密度: 体 、面 和 线； 求电荷元电量：体dq= dV, 面dq= dS, 线dq= dl；
（3）确定电荷元的场
dE
1
40
dq r2 er
x
x
dE
. 21
7-1 静电场的描述
由场对称性, Ey=0
y
E Ex
l
E
cos
dEx
l dEcos
l
x r
dq o
dy dE
yr
x
y'
dE' dE x 'x dE x
r(x2y2)1/2
dq '
dE y dE
l
E2
l 0
1
40
dqx r2 r
l xdy204.来自0(x2y2)3/222
7-1 静电场的描述
点电荷
q1
Fd
r q2
er
（d r）
F
库仑定律
F k
q1q2 r2
er
. 8
7-1 静电场的描述
SI制
k 1
4π 0
08.85 412 0 1F 2/m
F
1
4π0
q1q2 r2
er
. 9
7-1 静电场的描述
库仑力的叠加
q1
r1
q
r2
q2
r n Fn
qn
由力的叠加原理得 q 所受合力:
（4）求场强分量Ex、Ey
Ex dEx ,
Ey dEy
（5）求总场
E Ex2 Ey2
. 17
7-1 静电场的描述
例题1 电偶极子的电场强度
偶极电子量。相若等设的lv 0 两为个从异q号指点向电荷q 组的成矢的量点，电定荷义系Pr称为q电lv0 为电偶极子的电偶极矩(电矩)。试求在电偶极子轴线的
. 4
7-1 静电场的描述
电场在食品工程中的应用：
新鲜的什锦牛奶
变质后的牛奶
电场使细胞膜正负电荷分离，而破坏细菌的细胞， 从而达到杀菌的作用 .
5
7-1 静电场的描述
电场在医学上的应用：
一种电场靶向治疗脑部 癌症患者迅速增生的癌 细胞的新方法。
通过肿瘤治疗电场装置产生 电场,干扰癌症细胞分裂从而 达到破坏肿瘤生长的目的。
er E 4 π q0r r 3 4 π q 0 r3(l2 0i y j)
q x
. 19
7-1 静电场的描述
E
E
E
y 则：E E E 4 π q 0 0 r3 li 4 π q l0 0 r3
讨论： 当： y l0 时
P
r
r
E v4πql0 0y34πP0y3
中垂线上电场强度的分布。
解：建立如图坐标系
E
1
4π0
q r2
er
y
E
E
P
E
E 4π10
q r2
er
er
q
.
O l0
er
q
x
18
7-1 静电场的描述
y
E
E
P
E
er
q
O
l0
由图知：
r r r
(l0)2 y2 2
E 4 π q0r r 3 4 π q 0 r3( l2 0i y j)
er
er
q
O
l0
q x
电偶极子轴线中垂线上，电场强度与电偶极矩成
正比，大小与场点到O点距离. 三次方成反比。 20
7-1 静电场的描述
例题2 均匀带电直线，长为 2l ，带电量 q ,求中垂线
上一点的电场强度。
y
解: 线电荷密度
q 2l
dqdy
1 dq
dE
40
r2
er
dq o
dyyr
dE y
dE