大学物理静电场教学
大学物理-电子教案第7章 静电场
N⋅
⨯≈
m
9880c
10
/
通过曲面S 的总电通量 ⎰⎰⋅=Φ=ΦS S e e S d E d
S 为闭合曲面时 ⎰⋅=ΦS e S d E
无关，只与被球面所包围的电量q 有关
虚线表示等势面，实线表示电力线 二、场强与电势梯度的关系 电势与场强的积分关系：⎰⋅=零点
l d E U
，
求出场强分布后可由该式求得电势分布．
空腔内有带电体q时，空腔内表面感应电荷为-q，导体外表面感应电荷为静电屏蔽
）在导体内部有空腔时，空腔内的物体不受外电场的影响。
）接地的导体空腔，空腔内的带电物体的电场不影响外界。
三、有导体存在的静电场场强与电势的计算
有极分子电介质的极化：在外电场作用下分子偶极矩转向与外电场接近平行的方向，叫取向极化。
五、极化强度和极化电荷
极化强度P
)。
大学静电场教案
课时：2课时教学目标：1. 理解静电场的概念，掌握静电场的基本性质和规律。
2. 掌握电场强度、电势和电势能等基本物理量的定义和计算方法。
3. 能够运用静电场的基本知识解决实际问题。
教学重点：1. 静电场的概念和基本性质。
2. 电场强度、电势和电势能的计算方法。
教学难点：1. 电场强度、电势和电势能的物理意义及其应用。
2. 静电场中的电场线、等势面等概念的理解和应用。
教学过程：一、导入1. 回顾静电场的概念，引导学生思考静电场的产生原因和特点。
2. 介绍静电场在自然界和生活中的应用，激发学生的学习兴趣。
二、静电场的基本性质1. 讲解静电场的定义，引导学生理解静电场的概念。
2. 介绍静电场的基本性质，如电场线、电势、电势能等。
三、电场强度1. 讲解电场强度的定义，引导学生理解电场强度的物理意义。
2. 介绍电场强度的计算方法，如点电荷电场强度、均匀电场强度等。
3. 通过实例讲解电场强度的应用。
四、电势1. 讲解电势的定义，引导学生理解电势的物理意义。
2. 介绍电势的计算方法，如点电荷电势、均匀电场电势等。
3. 通过实例讲解电势的应用。
五、电势能1. 讲解电势能的定义，引导学生理解电势能的物理意义。
2. 介绍电势能的计算方法，如点电荷电势能、均匀电场电势能等。
3. 通过实例讲解电势能的应用。
六、静电场中的电场线与等势面1. 讲解电场线与等势面的概念，引导学生理解它们的物理意义。
2. 介绍电场线与等势面的绘制方法，如点电荷电场线与等势面、均匀电场线与等势面等。
3. 通过实例讲解电场线与等势面的应用。
七、课堂小结1. 回顾本节课所学内容，引导学生总结静电场的基本概念、性质和计算方法。
2. 强调电场强度、电势和电势能在实际问题中的应用。
八、课后作业1. 完成课后习题，巩固所学知识。
2. 查阅相关资料，了解静电场在实际生活中的应用。
教学反思：本节课通过讲解静电场的基本概念、性质和计算方法，引导学生理解静电场的物理意义和应用。
大学物理静电场教学课件
第十三章 真空中的静电场
库仑定律
定 义
电场强度
E
点电荷
章节简介
电势梯度 电场电势 U
电场强度的“功”
高斯定理
环路定理
本章引入电场的概念，定义并计算其两个重要物理量：电 场强度和电势。（课时数：共3讲，6学时）
大学物理
第一讲 电场强度及其积分叠加
主要内容：库仑定律，点电荷的场强（定义），场强叠加原理 重点要求：用叠加原理求电场强度 难点理解：化整为零，积零成整 数学方法：矢量积分与求和 典型示例：电偶极子，带电直线，带电圆盘 课外练习：思考题13.1，习题13.1，13.2，13.4，13.5
4 0
2
R
d
0
0
rdr
3
(x2 r2)2
2 0
1
x R2
x2
大学物理
思维空间： a. 靠近圆盘盘面的
情况。 b. 远离圆盘的情况。 c. 带电圆环的情况。 d. 带电扇面的情况 e. 矩形平面的情况。
大学物理
第二讲 高斯定理及其应用
主要内容：电通量，高斯定理 重点要求：用高斯原理求电场强度 难点理解：高斯面的选取 数学方法：通量不积分 典型示例：长直圆柱，无限平面，带电球体 课外练习：思考题13.8，习题13.6，13.7，13.8，13.10
(1) 定律中的E是曲面上的场强,它是由曲面内外所 有电荷共同产生的合场强。
(2) 等式右端的 q内仅仅包含曲面内的电荷。
大学物理
思维空间：
1.
静电场中任一闭合曲面
S
,
若有SE dS 0,
是否意味着E 0或S内无电荷?
大学物理_教案_静电场
课时：2课时教学目标：1. 让学生理解静电场的基本概念，掌握静电场的基本性质。
2. 使学生熟练运用库仑定律、电场叠加原理等基本公式，解决静电场中的实际问题。
3. 培养学生的逻辑思维能力和实验操作能力。
教学重点：1. 静电场的基本概念和性质。
2. 库仑定律、电场叠加原理的应用。
教学难点：1. 静电场中电势的计算。
2. 静电场中的电势能和能量守恒。
教学过程：一、导入新课1. 复习静电荷、电场、电势等基本概念。
2. 引出静电场的基本性质：静电场是保守场，有源场，无旋场。
二、讲授新课1. 静电场的基本概念：静电场是指电荷在静止时所激发的电场。
静电场具有以下基本性质：（1）静电场是保守场：静电场力做功只与始末位置有关，与路径无关。
（2）静电场是有源场：静电场的电场线起于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远。
（3）静电场是无旋场：静电场中沿任意闭合路径移动电荷，电场力所做的功都为零。
2. 库仑定律：描述两个点电荷之间的相互作用力。
公式为：F = k q1 q2 / r^2，其中，F为作用力，k为静电力常量，q1、q2为两点电荷的电荷量，r为两点电荷中心点连线的距离。
3. 电场叠加原理：多个电荷产生的电场，可以看作是各个电荷单独产生的电场的矢量和。
4. 静电场中的电势：电势是描述电场中某一点的电势能的物理量。
电势的计算公式为：V = W / q，其中，V为电势，W为电场力所做的功，q为电荷量。
5. 静电场中的电势能和能量守恒：静电场中的电势能等于电荷在电场中所具有的势能。
静电场中的能量守恒定律：静电场中的总能量等于静电场中的电势能。
三、课堂练习1. 计算两个点电荷之间的作用力。
2. 求解静电场中的电势。
3. 分析静电场中的电势能和能量守恒。
四、课堂小结1. 回顾静电场的基本概念和性质。
2. 强调库仑定律、电场叠加原理的应用。
3. 总结静电场中的电势能和能量守恒。
五、作业布置1. 复习本节课所学内容，完成课后习题。
大学物理静电场教案
课时：2课时教学目标：1. 理解并掌握库仑定律及其应用，能够计算两个点电荷之间的作用力。
2. 掌握电场叠加原理，并能利用其求解点电荷电场分布。
3. 理解并掌握电场强度和电势的概念，以及它们之间的关系。
4. 熟悉静电场中导体、绝缘介质等物理现象，并能解释相关现象。
教学重点：1. 库仑定律及其应用。
2. 电场叠加原理。
3. 电场强度和电势的概念及其关系。
教学难点：1. 电场叠加原理的应用。
2. 静电场中导体、绝缘介质等物理现象的理解。
教学准备：1. 多媒体课件。
2. 静电场实验器材。
3. 电荷板、电场线图等教学辅助工具。
教学过程：第一课时一、导入1. 通过生活中的实例，引导学生思考电荷、电场等基本概念。
2. 引出静电场的研究意义。
二、新课讲授1. 库仑定律及其应用- 介绍库仑定律的物理意义和数学表达式。
- 通过实例讲解库仑定律的应用，如计算两点电荷之间的作用力。
2. 电场叠加原理- 介绍电场叠加原理的物理意义。
- 通过实例讲解电场叠加原理的应用，如求解点电荷电场分布。
三、课堂练习1. 举例说明库仑定律的应用。
2. 利用电场叠加原理求解点电荷电场分布。
四、小结1. 总结本节课所学内容，强调库仑定律和电场叠加原理的重要性。
2. 提出课后思考题，引导学生进一步巩固所学知识。
第二课时一、导入1. 回顾上一节课的内容，引导学生思考电场强度和电势的概念。
2. 提出本节课的研究重点。
二、新课讲授1. 电场强度和电势的概念- 介绍电场强度和电势的定义、物理意义和数学表达式。
- 通过实例讲解电场强度和电势的关系，如电场强度与电势梯度的关系。
2. 静电场中导体、绝缘介质等物理现象- 介绍静电场中导体、绝缘介质等物理现象的原理。
- 通过实例讲解静电场中导体、绝缘介质等物理现象的应用。
三、课堂练习1. 举例说明电场强度和电势的关系。
2. 解释静电场中导体、绝缘介质等物理现象。
四、小结1. 总结本节课所学内容，强调电场强度和电势的概念及其应用。
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
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。
大学物理教案静电场
课时：2课时教学目标：1. 理解电荷、电场和电势等基本概念；2. 掌握静电场的基本性质和规律；3. 能够运用静电场的相关公式进行计算；4. 培养学生分析问题、解决问题的能力。
教学重点：1. 静电场的基本性质和规律；2. 静电场的计算方法。
教学难点：1. 静电场中电势的计算；2. 静电场中的高斯定理和环路定理。
教学过程：第一课时一、导入1. 回顾电荷、电场和电势等基本概念；2. 引入静电场的研究背景和意义。
二、新课讲授1. 静电场的基本性质：（1）静电场是保守场，由静电场的环路定理体现；（2）静电场是有源场，由高斯定理体现；（3）静电场中电场线从正电荷发出，指向负电荷。
2. 静电场的基本规律：（1）库仑定律：描述两个静止点电荷之间的相互作用力；（2）电场强度定义式：描述电场在某一点的强度；（3）点电荷激发的电场强度：描述单个点电荷在某一点的电场强度；（4）电场强度叠加原理：描述多个电荷在某一点的电场强度。
三、课堂练习1. 根据库仑定律，计算两个点电荷之间的相互作用力；2. 根据电场强度定义式，计算电场在某一点的强度；3. 根据点电荷激发的电场强度，计算单个点电荷在某一点的电场强度。
四、小结1. 总结静电场的基本性质和规律；2. 强调静电场计算方法的重要性。
第二课时一、导入1. 回顾静电场的基本性质和规律；2. 引入静电场中的电势和电势差。
二、新课讲授1. 静电场中的电势：（1）电势的定义：描述电场中某一点的电势能；（2）电势的计算：根据电势的定义，计算电场中某一点的电势；（3）电势叠加原理：描述多个电荷在某一点的电势。
2. 静电场中的电势差：（1）电势差的定义：描述电场中两点之间的电势差；（2）电势差的计算：根据电势差的定义，计算电场中两点之间的电势差。
三、课堂练习1. 根据电势的定义，计算电场中某一点的电势；2. 根据电势叠加原理，计算多个电荷在某一点的电势；3. 根据电势差的定义，计算电场中两点之间的电势差。
(2024年)大学物理静电场教学PPT学习教案
05
静电场在日常生活和工业生产中应 用
2024/3/26
21
静电喷涂、静电除尘等原理简介
静电喷涂
利用静电场使涂料微粒带电，并沿着 电场线方向运动，从而均匀地吸附在 被涂物表面的技术。具有高效、节能 、环保等优点。
静电除尘
利用静电场使空气中的尘埃带电，然 后被吸附在电极板上的技术。广泛应 用于空气净化、工业废气处理等领域 。
3
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
电荷周围存在电场，电场对放入其中的电荷有 力的作用。
电场的方向
规定正电荷所受电场力的方向为该点的电场方向。
2024/3/26
4
库仑定律及其应用
2024/3/26
库仑定律的内容
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，与它们的距离的二次方成反比，作用力 的方向在它们的连线上。
如均匀带电球体、无限长均匀带电直 线等。
2024/3/26
10
镜像法求解复杂问题
01
镜像法原理
通过引入虚拟的“镜像”电荷， 使得复杂问题简化为点电荷系统 的电势计算。
02
镜像法应用条件
03
镜像法解步骤
适用于具有特定对称性的静电场 问题，如无限大平面导体附近的 点电荷等。
确定镜像电荷的位置和电量，利 用点电荷系统电势计算公式求解 。
2024/3/26
23
静电复印机、打印机等办公设备工作原理
静电复印机
利用静电场使感光鼓带电，并通过曝光、显影等步骤将图像转移到纸张上。具有 速度快、分辨率高等优点。
打印机
利用静电场控制墨滴的喷射方向和位置，从而在纸张上形成图像或文字。喷墨打 印机、激光打印机等不同类型的打印机均采用了静电技术。
大学物理静电场教案
静电场教案一．教学目标1.知识与技能：①理解库仑定律的意义并掌握其应用②理解电场叠加原理并掌握应用其求点电荷电场分布的方法③掌握用解析法和几何法描述静电场的方法④理解静电场的性质⑤理解高斯定理的物理意义并掌握应用其求特殊带电体电场分布的方法2.过程与方法：①通过整理知识框图与“三基”问题带领学生复习本章内容,培养学生归纳知识的能力②通过合作讨论探究问题，培养学生进一步运知识的能力,学习一定研究问题的科学方法3.情感态度与价值观：创设情境，联系生活中相关物理现象和生活技巧，激发学生对本章内容的学习兴趣，培养学生求实的科学态度。
二．重点、难点1.重点：①静电场的描述②电场叠加原理的理解和应用③高斯定理的理解和应用2.难点：高斯定理的理解和应用通量E dS =静电平衡0in E =斯定1E dS ε==∑⎰电场叠加原理1nii E E ==∑静示：电场线对电场强弱及方向的描述点电荷电场强度204r q E e rπε=分立电荷电场强度2104i nir i iq E e r πε==∑连续电荷电场强度204rdqE d E e rπε=⎰=⎰12204rq q F e r πε=电场强度定义式F E q=四..基本物理量1. 电荷：q一切电磁现象归因于物体所带电荷，电荷具有量子性，即电荷总是以一个基本单元的整数倍出现，这个基本单元 电荷的带电量为 191.60210e C -=⨯ 2. 电力F 包括带电体与带电体之间的静电力和带电体在电场中受到的电场力 3. 电场强度F E q= 4. 电通量:cos e d E dS EdS φθ==电通量是衡量静电场中垂直穿过某一面积元的电场线条数的量五.基本定律1. 库仑定律：12204rq q F e rπε=反映真空中两个静止点电荷之间的相互作用特点 2. 电场叠加原理：1ni i E E ==∑反映当多个点电荷存在时，它们在某场点激发的总电场与他们各自单独存在时在该场点激发的电场的关系 3.高斯定律：01e in E dS q φε==∑⎰ 映在真空静电场内任意封闭曲面上电通量与该曲面包围的电荷代数和之间关系，它表示该电通量与封闭曲面外的电荷无关，即封闭曲面上的总电场只由曲面内的电荷决定。
大学物理_静电场教案
一、教学目标1. 知识与技能：- 理解并掌握库仑定律的意义及其应用。
- 理解电场叠加原理，并能运用其求解点电荷产生的电场分布。
- 掌握解析法和几何法描述电场分布的方法。
- 了解静电场中的高斯定理和环路定理，并学会应用。
2. 过程与方法：- 通过实验和模拟，加深对静电场概念的理解。
- 通过实例分析，提高运用理论知识解决实际问题的能力。
3. 情感态度与价值观：- 培养学生严谨的科学态度和探索精神。
- 增强学生对物理学发展历程的认识，激发对科学研究的兴趣。
二、教学内容1. 静电场的基本概念：- 静电场的定义、性质和特点。
- 电场线的概念及其表示方法。
2. 库仑定律：- 库仑定律的表述和意义。
- 库仑定律的应用实例。
3. 电场强度：- 电场强度的定义、单位及其计算方法。
- 点电荷产生的电场强度分布。
4. 电场叠加原理：- 电场叠加原理的表述。
- 应用电场叠加原理求解复杂电场问题。
5. 高斯定理和环路定理：- 高斯定理和环路定理的表述和意义。
- 应用高斯定理和环路定理求解静电场问题。
6. 电势：- 电势的定义、单位及其计算方法。
- 电势叠加原理。
- 常见电势分布模型。
7. 静电场中的导体和电介质：- 静电平衡的概念和条件。
- 导体和电介质的极化现象。
- 静电场中的导体和电介质问题。
三、教学过程1. 导入：- 通过实例引入静电场概念，激发学生学习兴趣。
2. 讲授：- 按照教学内容，系统讲解静电场的基本概念、库仑定律、电场强度、电场叠加原理、高斯定理和环路定理、电势等知识点。
3. 实例分析：- 通过实例分析，帮助学生理解和掌握静电场相关知识。
4. 实验演示：- 通过静电场实验，让学生直观感受静电场现象。
5. 课堂讨论：- 针对教学中的重点和难点，组织学生进行讨论。
6. 作业布置：- 布置适量作业，巩固所学知识。
四、教学评价1. 课堂表现：- 关注学生在课堂上的参与程度、提问和回答问题的情况。
2. 作业完成情况：- 检查学生作业的完成情况，了解学生对知识的掌握程度。
大学物理静电场课件
Q dq
r q0
• P
那么电荷之间的作用是通过什么作用的呢？
§8.2 电场和电场强度
一、电场
• 场论观点（法拉第） 没有物质，物体之间的 相互作用是不可能发生的。
根据场论观点：
（1）特殊媒介物质——电场 电场
电荷
相互作用
（2）电场力
激发
电荷
电场
电荷 电场力
电荷
（3）电场是物质的一种特殊形态，不仅存在于带电体内， 而且存在于带电体外，弥漫在整个空间。
方向←
方向
电场强度小结
•电场强度的定义：
E
F
q0
•定量研究电场：对给定场源电荷求其 E分布函数 .
•基本方法： 用点电荷（或典型电荷）电场公式和
场强叠加原理
qr
E 4 0r 3
;
E Ei
i
dq dE ( dEx , dEy ) E dE
Ex dEx Ey dEy
•典型带电体 E分布：
电场 强度
电势
电通量
静电力叠加原理
高斯定理 环路定理
静电场的 基本性质
与带电粒子 的相互作用
稳恒电场
导体的静电平衡
电
电介质 极化
电 电位移矢量 介 容
质中高斯定理
场 能
• 重点
• 真空中的库仑定律 • 点电荷的概念 • 电场强度矢量 • 场强叠加原理
• 难点
• 电场强度矢量的计算（叠加法）
§8.1 静电的基本性质
EE与 与rr反 同向 向。 ；+q
（呈球对称分布）
P q0
r
-q
E
P q0 E
2、点电荷系的场强
大学物理教案真空中的静电场
真空中的静电场一、教学目标1. 了解静电场的基本概念，掌握电场强度、电势和电势差等基本物理量。
2. 学习静电场的叠加原理，理解高斯定律及其应用。
3. 掌握静电场的能量和能量密度，了解静电场的几种常见分布。
4. 能够运用所学知识分析解决实际问题，提高学生的科学素养。
二、教学内容1. 静电场的基本概念电场强度电势电势差2. 静电场的叠加原理场强的叠加电势的叠加3. 高斯定律高斯定律的表述应用高斯定律求解电荷分布4. 静电场的能量和能量密度静电场的能量能量密度5. 静电场的几种常见分布均匀电场非均匀电场点电荷电场线性电场三、教学方法1. 采用讲授法，系统地介绍静电场的基本概念、叠加原理、高斯定律、能量和能量密度以及常见分布。
2. 利用多媒体动画和图片，直观地展示静电场的现象，增强学生的理解。
3. 结合实际例子，让学生学会分析解决实际问题。
4. 布置适量练习题，巩固所学知识。
四、教学环境1. 教室环境舒适，通风良好。
2. 教学设备：计算机、投影仪、黑板、粉笔。
3. 教材、教案、练习题等相关教学资源。
五、教学评价1. 课堂表现：观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，了解学生的学习状态。
2. 练习题：检查学生对静电场基本概念、叠加原理、高斯定律、能量和能量密度的掌握程度。
3. 课后反馈：收集学生对教学内容的意见和建议，不断改进教学方法。
4. 期中考试：评估学生在静电场部分的知识水平和应用能力。
六、教学内容6. 静电场中的电势能和势能曲线静电势能的概念势能曲线的绘制与分析静电力做功与势能变化的关系7. 静电场的能量与能量守恒静电场的能量表达式能量守恒在静电场中的应用静电场的能量与电场强度、电势的关系8. 电场线与等势面电场线的定义与性质等势面的概念与绘制电场线与等势面的关系及其在静电场中的应用9. 静电场的边界条件狄拉克原理边界条件的数学表达应用边界条件解静电场问题10. 静电场的数值计算方法有限差分法有限元法蒙特卡洛法数值计算方法在静电场中的应用实例七、教学方法1. 采用案例分析法，深入讲解静电场中的电势能和势能曲线，让学生理解静电力做功与势能变化的关系。
大学物理静电场教案
例: 半径为R、带电量为q的均匀带电球面的场强分布.
解同E：半沿分径析rr方电的向场球。的面对上称E性大小相球等对。称dq1
dE2
dE
p （1）过 p 点
R
作半径为r的
r 球面为高斯面
q
r > R时 ：
根据高斯定理：
0
rp
dE1
dq2
sபைடு நூலகம்
E
ds
1 0
qi
E 4r 2 1
0
q内
E 4r 2 q 0
dr ,
r
提示：
E4r2
1 0
rR 0r(r ' )4r '2dr '
r
rR
E4r2
1 0
0R (r' )4r'2dr'
例2：无限长直导线均匀带电，电荷线密度为， 求场强？
解： 分析：场具有柱对称性
同E 沿一半r方径向r 。的柱面上
E
大小相等。
过场点作闭合柱面为高斯面
p
E
根据高斯定理
s
根据高斯定理：
E 4r 2
1 0
4
q R
3
4 3
r
3
3
E 4r 2 q 0
E
qr 40 R 3
r 30
R
qr
E
0R
R r
r ,o
结论: （1）r R 时：（2） r < R 时：
E
q 40r
2
E
qr 40 R 3
r 30
举一反三: 若带电球体电荷分布不均 匀但仍具有球对称性,即 = (r),场强分布如何？
推广到任意带电系统的电场：
大学物理静电场教案
教案：大学物理静电场教学目标：1. 理解库仑定律的意义并掌握其应用；2. 理解电场叠加原理并掌握应用其求点电荷电场分布的方法；3. 掌握用解析法和几何法描述静电场的方法；4. 掌握高斯定理和环路定理在静电场中的应用；5. 理解电势的概念及其计算方法；6. 掌握电容器的基本原理和特性。
教学内容：1. 库仑定律及其应用；2. 电场叠加原理；3. 静电场的描述方法；4. 高斯定理和环路定理；5. 电势的概念及其计算；6. 电容器的基本原理和特性。
教学过程：一、引入（10分钟）1. 通过回顾电荷、电场的基本概念，引导学生思考电场强度的定义和计算方法。
2. 提出静电场的问题，引导学生思考静电场的特性和描述方法。
二、库仑定律及其应用（20分钟）1. 介绍库仑定律的表述和意义；2. 通过示例讲解库仑定律的应用，如点电荷间的相互作用力计算；3. 引导学生思考库仑定律的适用条件和局限性。
三、电场叠加原理（20分钟）1. 介绍电场叠加原理的表述；2. 通过示例讲解电场叠加原理的应用，如求解点电荷电场分布；3. 引导学生思考电场叠加原理的适用条件和局限性。
四、静电场的描述方法（20分钟）1. 介绍解析法和几何法描述静电场的方法；2. 通过示例讲解解析法和几何法描述静电场的具体步骤；3. 引导学生思考解析法和几何法的优缺点。
五、高斯定理和环路定理（20分钟）1. 介绍高斯定理和环路定理的表述；2. 通过示例讲解高斯定理和环路定理在静电场中的应用；3. 引导学生思考高斯定理和环路定理的适用条件和局限性。
六、电势的概念及其计算（20分钟）1. 介绍电势的概念和计算方法；2. 通过示例讲解电势的计算方法，如电势差和电势能的计算；3. 引导学生思考电势的物理意义和应用。
七、电容器的基本原理和特性（20分钟）1. 介绍电容器的基本原理和特性；2. 通过示例讲解电容器的充放电过程和电容量的计算；3. 引导学生思考电容器在实际应用中的重要性。
大学物理静电场的能量教案
一、教学目标1. 理解静电场能量的概念及其在物理现象中的应用。
2. 掌握静电场能量密度的计算方法。
3. 能够运用静电场能量密度求解静电场中的能量问题。
二、教学重点1. 静电场能量的概念。
2. 静电场能量密度的计算。
3. 静电场能量在实际问题中的应用。
三、教学难点1. 静电场能量密度的理解。
2. 静电场能量在实际问题中的求解。
四、教学过程（一）导入1. 提问：什么是静电场？静电场有哪些性质？2. 引导学生回顾静电场的基本概念，如电场强度、电势等。
3. 提出本节课要学习的内容：静电场的能量。
（二）静电场能量的概念1. 介绍静电场能量的概念：静电场中，电荷所具有的能量。
2. 解释静电场能量的来源：电荷之间的相互作用。
3. 强调静电场能量与电场强度、电势的关系。
（三）静电场能量密度的计算1. 介绍静电场能量密度的概念：单位体积静电场中储存的能量。
2. 计算静电场能量密度的公式：W = 1/2 ε0 E^2，其中W为能量密度，ε0为真空介电常数，E为电场强度。
3. 通过实例说明静电场能量密度的计算方法。
（四）静电场能量在实际问题中的应用1. 讨论静电场能量在电容器储能中的应用。
2. 分析静电场能量在电荷运动过程中的变化。
3. 通过实例说明静电场能量在实际问题中的求解。
（五）课堂小结1. 总结静电场能量的概念、计算方法及其在实际问题中的应用。
2. 强调静电场能量密度与电场强度的关系。
（六）课后作业1. 完成课后习题，巩固所学知识。
2. 查阅相关资料，了解静电场能量在其他物理现象中的应用。
五、教学反思1. 本节课通过引入实际问题，引导学生理解静电场能量的概念及其在物理现象中的应用。
2. 通过实例讲解静电场能量密度的计算方法，帮助学生掌握计算技巧。
3. 在课后作业中，要求学生查阅资料，拓展知识面，提高学生的自主学习能力。
大学物理 静电场教案
大学物理静电场教案教案标题：大学物理静电场教案教学目标：1. 理解静电场的概念和性质。
2. 掌握计算电荷分布的电势和电场强度。
3. 理解库仑定律，并能够运用该定律解决相关问题。
4. 理解电场线、电场强度、电势及其相互关系。
5. 掌握电势差、电势能和电场线密度的计算方法。
教学步骤：引入活动：1. 引发学生对于静电场的兴趣，可以通过一个实例或者简短的问题引导学生思考，例如：你有没有遇到过小纸屑被吸附在塑料笔上的情况？为什么？知识讲解：2. 介绍静电场的定义和基本概念，如电场强度和电势概念。
3. 讲解电势和电场强度的计算公式，并引导学生理解电场线的概念和表示方法。
4. 简要介绍库仑定律的概念和公式，并给出一些具体的计算例子。
案例分析：5. 提供一些具体的静电场案例，例如点电荷、均匀带电环等，并引导学生运用所学知识计算相关的电势、电场强度和电势能等。
6. 可以设计一些小组活动或者讨论，让学生在小组内共同分析和解决案例问题，加强合作和团队合作能力。
巩固练习：7. 提供一系列练习题，包括计算电势、电场强度和电势能等各种问题，以检验学生对于所学知识的掌握程度。
8. 引导学生思考一些拓展问题，如电荷分布对于电势和电场强度的影响，或者电势差与电场强度的关系等。
知识总结：9. 对所学内容进行总结，强调重点和难点，并解答学生在学习过程中遇到的问题。
课堂作业：10. 布置适当的课后作业，包括练习题、阅读参考书籍或者进行一些小型实验观察等，以巩固所学知识。
评价与反馈：11. 设计一份针对学生学习效果的评价问卷，收集学生对于本节课的反馈和建议，以便进一步优化教学。
扩展活动：12. 可以组织一次实践活动，例如参观静电场相关的实验室，或者邀请专业人士进行专题讲座，深化学生对静电场的理解和应用。
备注：以上教案仅供参考，具体的教学内容和教学方法可以根据实际情况进行调整。
大学物理静电场PPT课件
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
（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：
Ⅰ
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
讨
论
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
E Ex4 02Rd0
0
rdr
3
(x2 r2)2
2 0
1
x R2
x2
大学物理
思维空间： a. 靠近圆盘盘面的情
况。 b. 远离圆盘的情况。 c. 带电圆环的情况。 d. 带电扇面的情况 e. 矩形平面的情况。
15
大学物理
第二讲 高斯定理及其应用
主要内容：电通量，高斯定理 重点要求：用高斯原理求电场强度 难点理解：高斯面的选取 数学方法：通量不积分 典型示例：长直圆柱，无限平面，带电球体 课外练习：思考题13.8，习题13.6，13.7，13.8，13.10
16
一、电力线与电通量
1. 电力线：
（1） 电力线的定义： E 方向：电力线切向
大小：电力线密度
大学物理
主要内容
E
nˆ
E de
dS
（2） 电力线的性质： ① 电力线不会中断。
e ––– 通过面元 dS 的
电力线的条数.
② 电力线不会相交。（单值）
③ 电力线不会形成闭合曲线，它起始于正电荷终止于
（正、负、零）。
思维空间：a. 找出作用力与反作用力。 b. 总结实验规律－库仑定律。 c. 研究各种位置和电荷组合的作用力之大小和方4向。
大学物理
3. 力的叠加原理：一个点电荷对象所受力的矢量和。
n
F Fi
i 1
n i 1
1
4 0
q0qi r02i
r i
F
dF
1
4 0
q0dq r2
强大小。
思维空间：a. 正负电荷的电场。
b. 双电荷叠加电场的大小和方向。
c. 电场强度为零的点。
d. 电力线的疏密与场强大小的关系。
8
大学物理
四、电场强度的计算
典型示例
1. 电偶极子及其电场
E
n i 1
Ei
n i 1
1
4 0
Qi ri2
ri
E
E
E r
P r r
E E E
|
E
|
|
负电荷。
17
大学物理
动画演示：点电荷的电场及其电力线
动画说明：
构架：单电荷
双电荷；
电量可改变：
（正、负、零）；
点击场空间查看场
强大小。
思维空间：a. 电力线的起止情况。
b. 电力线上的电场强度方向。
c. 零电场强度点的电力线。
d. 电力线的疏密与场强大小的关系。
18
2. 电通量：
电通量：通过 某一曲面的电力线 条数。
( c os1
cos2 )
Ey
Ld Ey
2 cos d 1 4 0a
4 0a
(s in 2
s in 1 )
E Ex i Ey j
思维空间：a. 直线延长线上和垂直平分线上的场强分布。
b. 半无限长和无限长的情况。
13
大学物理
3. 均匀带电圆盘及其轴线上的电场
典型示例
dr
ds d
E
F
q0
场强E ——[N/C],或者[V/m]
F
1
4
E
F
q0
Qq 0 r2
1
4 0
0 r
Q r2
r
4. 电场强度的物理意义：
电荷
电场
电荷 F q0E6
大学物理
三、电场强度叠加原理
重点要求
依据力的叠加原理，各电荷产生的电场之叠加。
n
F Fi i 1
n
E
F
Fi
i 1
n
Fi
大学物理
第十三章 真空中的静电场
库仑定律
定 义
电场强度
E
点电荷
章节简介
电势梯度 电场电势 U
电场强度的“功”
高斯定理
环路定理
本章引入电场的概念，定义并计算其两个重要物理量：电
场强度和电势。（课时数：共3讲，6学时）
1
大学物理
第一讲 电场强度及其积分叠加
主要内容：库仑定律，点电荷的场强（定义），场强叠加原理 重点要求：用叠加原理求电场强度 难点理解：化整为零，积零成整 数学方法：矢量积分与求和 典型示例：电偶极子，带电直线，带电圆盘 课外练习：思考题13.1，习题13.1，13.2，13.4，13.5
y
2
dy
y L
r 0a
E
dE
1
4 0
dq r2
r
P dEx x
dq = dy
1
dEy
dE
dE
1
4 0
dy
r2
10
大学物理
(1) 直接标量积分求和
E
dE
L 2
1
L 2
4
0
dy
a2 y2
常见错误
(2) 矢量积分求和：坐标分量的标量和。
难点理解
d Ex d E sin( ) d E sin
q0
q0
q i1 0
n
E Ei i 1
F
n i 1
Fi
n i 1
1
4 0
Qi q0 ri2
r i
E
n i 1
Ei
n i 1
1
4 0
Qi ri2
ri
E
dE
1
4 0
dq r2
r
7
大学物理
动画演示：点电荷的电场及其电力线
操作说明： 构架：单电荷 双电荷； 电量可改变：
（正、负、零）； 点击场空间查看场
r
o
a
P
x
a
ds'
| d E | | d E |
dE
x
dE
ds = rddr
dq = ds = rddr
d
E
d
4
q 0a2
rd 4
d
0a2
r
E 0 而 dE 0
d Ex
d E cos
r d dr 4 0a2
cos
14
cos x
a a2 x2 r2
d Ex
xr d d r
3
4 0 (x2 r 2 ) 2
2
大学物理
一、实验规律：库仑定律
主要内容
1. 点电荷：大小和形状可以忽略的带电体。 2. 点电荷间的相互作用：矢量表达的库仑定律。
F21
k
q1q2 r221
r 21
F
1
4 0
q1q2 r2
r0
F12
q1 r21
r1 r2
q2
F21
3
大学物理
动画演示：点电荷的相互作用
操作说明： 电荷可拖动； 电量可改变：
r
q1
F1
F02
q2
F
F01
q0 F03
q3
思维空间：a. 找出所研究的受力对象。 b. 积分求和的物理意义。 c. 矢量积分如何计算。
电量 q ——库仑[C] 力 F —— 牛顿[N]
5
二、性质抽象：电场及其电场强度
大学物理
1. 检验电荷：带电量很少的点电荷。
2. 空间性质：电场。
3. （点电荷的）电场强度定义：
E
|
1
4
0
r 2
q
l2 4
E E cos E cos
–q
+q
l
p
ql
1
ql
4 0
r 2
l2 4
3
2
9
大学物理
思维空间：a. 矢量求和：坐标分量分别求和。 b. 远离电偶极子的场强。 c. 电偶极子延长线上的场强分布。 d. 电偶极子产生的电力线。
2. 均匀带电直线及其电场
典型示例
d Ey d E cos( )
d E cos
11
大学物理
(3) 坐标变换
y actg( ) actg
d y acsc2 d
r 2 a2csc2
d
Ex
4 0a
s in
d
d
Ey
4 0a
cos
d
12
大学物理
(4) 合成场强
Ex
d
L
Ex
2 sin d 1 4 0a
4 0a