大学物理静电场

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大学物理课件第五章静电场65页PPT

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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。

大学物理第一章 静电场

大学物理第一章 静电场
第一章
静止电荷的电场
本章是静电部分重点,主要讨 论如何描述电场,即从电荷在电场 中受力的角度建立电场强度的概念。 重点讨论用两种方法求场强分布。
1
一、基本概念
1. 电荷
(1) 种类 只有两种 (2) 电荷是量子化的(charge quantization ) 自然界物体所带电荷:q = ne (3) 电荷遵从守恒定律 (law of conservation of charge) (4) 电量是相对论不变量
dE
dq 4 o r
e 2 r
13
例2 均匀带电直线,带电量为q,长为L,
求空中任意一点P的场强。
解:
(1)取电荷元
q dq dl dl L
y
dq
(2)电荷元产生 元场强大小 1 dq dE 4 0 r 2
L
dl
r
o
x

P
14
dE
x
方向:与dq到场点的矢径 r
q 1 1 Ey 4 0 L x 2 ( L d )2 x2 d 2
式中:
x是场点到带电线的垂直距离
d 是垂足到直线下端点的距离(取绝对值)
17
(5)长直带电线周围任一点电场强度
大小:
E E E E E E
2 x 2 y 2 z 2 x
2. 数学表达式:
q1q2 F k 2 er r
er :
单位矢径
大小:等于1 方向:从施力电荷(场源) 指向受力电荷(场点) 3
1 k 8.988 1012 Nm 2 / c 2 4 o
o 8.8510 12 C 2 / Nm 2

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

大学物理笔记(6)电磁学(一)静电场

大学物理笔记(6)电磁学(一)静电场
对于电荷面分布,可以取一小块面积元,其电荷面密度为σ ,则该面积元在距离r处产生的电势为dV=kσdA/r。
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

大学物理静电场

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静电力的叠加原理
两个以上点电荷对于另一个点电荷的静电 作用力等于各个点电荷单独存在时对该点电荷 作用力的矢量和. N F qqi F2 ˆ e F Fi 2 ri i 4 0 ri i 1 r1 F 1 q 连续分布电荷Q对点电荷q作用力 q 1 r2 qdq q2


dl
电荷线密度
1 λe r E dl 2 l 4 πε 0 r
r
P
dE
17
求解电场强度的步骤:
1、按其几何形状的带电特征任取一电荷元dq
2、写出dq在所求场点的电场表达式 dE 3、分析不同电荷元在所求场点的电场方向是 否相同,如果不同则需要将 dE 分解,写出 dE 在具体坐标系各坐标轴方向上的分量式,并将 分量式进行积分,最后将各分量结果进行矢量 合成。
2 xr0 q E E E 2 2 2 i 4 πε0 ( x r0 4)
q -
r0
. 2
O
r0 2
q
+
x
E
A
.
E
x
21
q 2r0 1 2 xr0 q E i 2 2 2 2 i 4πε x 3 r0 2 4πε0 ( x r0 4) 0 (1 2 ) 4x
F dF Q
4 0 r
ˆ e 2 r
11.3
电场和电场强度
1. 库仑相互作用力的两种解释:
1)一个点电荷不需中间媒介直接施力与另一点电荷 -----超距相互作用 2)电荷产生电场,电场再作用于另一电荷
-----场传递相互作用
对静电情况 两种观点等价
在动态下会怎样呢? 结果完全不同!

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 静电场总结

大学物理 静电场总结

5. 电势定义:
a
Wpa q0
ur r E dl
a
静电场力作的功与电势差、电势能之间的关系:
b ur r
Aab qE dl q(a b ) (Wpb Wpa ) a
6. 电势分布的典型结论
1) 点电荷: q 4 0r
2) 均匀带电圆环轴线上:
4 0
q R2 x2
3) 均匀带电球面的电势分布:
1)平行板电容器 C 0S
d
2) 电容器的串并联:
串联 1 1 1 1
C C1 C2
Cn
并联 C C1 C2 Cn
4. 电场能量
电容器的静电能: W Q2
2C
电场能量密度:
w
1 2
0E2
各向同性的电介质:
电介质 电位移
D ε0E P
D ε0εr E εE
Gauss定理
2. 静电平衡时导体上的电荷分布 1) 实心导体: 电荷只分布在表面,导体内部没有净电荷.
2) 空腔导体: • 腔内无电荷 电荷分布在外表面,内表面无电荷. •:腔内有电荷: 腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带 的电量等量异号。 • 接地空腔导体 外表面不带电, 静电屏蔽 :
3. 电容 C Q
q
4
q
0R
L L rR L L rR
40r
4) 无限长均匀带电直线: ln rB 20 r
(B 0)
7. 电势的计算 叠加法 定义法
第6章 静电场中的导体与电介质
1. 导体的静电平衡条件:
电场描述: ⑴ 导体内部任意一点的场强为零。 ⑵ 导体表面处的场强方向与该处表面垂直.
电势描述: 导体是一等势体,表面是一等势面.

大学物理课件静电场

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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。

大学物理下册第九章:静电场

大学物理下册第九章:静电场
例题2
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12真空中的静电场

大学物理12真空中的静电场

03
电势与电势差
电势的概念
总结词
电势是描述电场中某点电荷所具有的势能,其值与零电势点的选 择有关。
详细描述
电势是描述电场中某点电荷所具有的势能,通常用符号"φ"表示。它 是一个标量,其值与零电势点的选择有关。在静电场中,零电势点 是任意选择的,通常选择大地或无穷远处作为零电势点。
电势的计算方法
计算电场能量
利用高斯定理可以计算电场的能量密度和总能量。
静电场的散度与源电荷的关系
02
01
03
静电场的散度等于该点源电荷的密度。
数学表达式:divE = ρ/ε0
其中,divE是电场强度的散度,ρ是电荷的密度,ε0是 真空中的电容率。
05
静电场的环路定理与电场线的引入
静电场的环路定理
总结词
静电场的环路定理描述了电场与磁场之 间的关系,是电磁学中的基本定理之一 。
大学物理12真空中的静电场

CONTENCT

• 引言 • 电场与电场强度 • 电势与电势差 • 高斯定理与静电场的散度 • 静电场的环路定理与电场线的引入 • 静电场的边界条件与导体表面的电
场线分布 • 静电场的能量与力
01
引言
主题简介
静电场是静止电荷产生的电场,是电 磁学的重要概念之一。
在真空环境中,静电场不受其他电磁 场的影响,因此具有独特的性质和规 律。
指导电路设计
在电路设计中,通过合理 布置导线和元件的位置, 利用电场线的分布来优化 电路性能。
07
静电场的能量与力
静电场的能量分布
静电场的能量分布由电场强度和电势的乘积积分得 到,表示电场中各点的能量密度。
在真空中的静电场,能量分布与电荷分布有关,电 荷密度越大,能量密度越高。

大学物理静电场总结

大学物理静电场总结

大学物理静电场总结静电场是物理学中的一个重要概念,是研究电荷和电场相互作用的一门学科。

在大学物理课程中,静电场是必修的内容之一。

本文将对静电场的基本概念、静电场的性质和应用进行总结,希望对读者对静电场有更深入的了解。

首先,让我们来回顾一下静电场的基本概念。

静电场是由静止的电荷所产生的,它是一种与电荷大小和位置有关的力场。

根据库仑定律,两个电荷之间的静电力正比于两个电荷之间的电荷量乘积,反比于它们之间的距离的平方。

静电场的特点是不随时间变化,电场线呈现出从正电荷指向负电荷的分布情况。

静电场具有一些重要的性质。

首先,静电场是保守场,这意味着沿着一个回路作功是零。

其次,静电场满足叠加原理,即在多个电荷存在的情况下,每个电荷所产生的电场矢量可以简单地相加得到总电场矢量。

此外,静电场的电势可以通过电势能来计算,电场力是电势梯度的负数。

最后,静电场满足高斯定律,即电场通量与包围电荷量成正比。

静电场具有广泛的应用。

其中一个重要的应用是电容器。

电容器是由两个导体之间的绝缘介质隔开,当两个导体上带有相同大小的异号电荷时,会在介质中产生静电场。

电容器可以用来储存电能,在电子电路中起到重要的作用。

另外,静电场还用于粒子加速器和电子束设备中。

通过设置合适的电势差,可以产生强大的电场,对电荷进行加速和聚焦,用于研究粒子的性质和精确的材料加工。

在实际应用中,静电场也带来了一些问题。

静电场会引起静电放电,当一个物体带有过多的电荷时,电荷将通过空气或其他介质释放,产生火花和电击。

静电放电还会对微电子设备和化学工艺产生干扰,需要采取相应的防静电措施。

此外,静电场还会产生电磁干扰,对通信设备和敏感仪器造成干扰。

总结起来,静电场是由静止的电荷所产生的力场,具有保守性、叠加性、电势能关系和高斯定律。

它在电容器、粒子加速器和电子束设备中扮演着重要角色。

但静电场也带来一些问题,如静电放电和电磁干扰。

因此,在实际应用中需要注意防护和控制静电场。

大学物理静电场课件

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 静电场

大学物理  静电场

L2
A B B 0 q0 E d l E d l L L 2 1 A A
E dS
S
q
0
例: 一半径为 R , 均匀带电 Q 的薄球壳. 求球壳内外任 意点的电场强度. 解: 电场分布具有球对称,选同心球面为高斯面
(1)球壳内 0 r
E dS 0
S1
R
E 0
r
s2
(2)球壳外
rR
0
+ + +
+
S +1
+ + +
S
0
q
i 1
n
i
高斯定理的导出
库仑定律 电场强度叠加原理
注意
(1) 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.
(2)通过高斯面S的 E 通量只与S面内的电荷有关,与S
面外的电荷无关.
(3)高斯面内有多余正电荷,必有E 线穿出;有多余负 电荷,必有E 线穿入,正电荷为场的源头,负电荷为场
i
1. 点电荷系的合场强 2. 电荷连续分布
n E i 1
1 qi e 2 ri 4 π 0 ri
er
电荷元的元场强:
dE
1 dq e 2 r 4 π 0 r
d q
q
合场强为 电荷体分布
电荷面分布
电荷线分布
dq ρdV ρ为电荷分布的体密度 dq dS σ为电荷分布的面密度 dq λdl λ 为电荷分布的线密度
6-2 高斯定理
预习要点 1. 引入电场线的意义是什么? 电场线有哪些性质? 2. 领会电场强度通量这个概念及计算公式. 3. 高斯定理的内容是什么? 其数学表达式如何? 高斯定 理反映静电场具有什么性质?

大学物理——静电场

大学物理——静电场

第七章静电场§7.1点电荷库仑定律一、点电荷和狄拉克d 函数❶点电荷:是一个理想模型,忽略带电体本身的大小和形状,而将其抽象成带电荷的质点。

❷电荷连续分布线分布:dl dq =λ面分布:ds dq =σ体分布:vd dq =ρ❸d 函数(),00⎩⎨⎧=∞≠=x x X d ()1=⎰∞∞-dx X d 二、库仑定律❶真空12f 1q 2q 12r 21ff1q 2q12f 21f ,12312211212r r q Kq f f =-=229cNm 100.9-⨯=K设,410πε=K 212120mN C 1085.8---⨯=ε则3120122121124r r q q f f επ =-=电介质312312441221012212112r r q q r r q q f f r πεεεπ ==-=εr 电介质的相对介电常数ε 电介质的介电常数§7.2电场电场强度一、电场电荷周围存在的一种特殊形态的物质,具有能量、动量等。

电场对外表现:其一:电场对引入其中的电荷有力的作用;其二:当电荷在电场中移动时,电场对它要做功。

电荷之间的作用是通过电场实现的。

电荷⇔⇔电荷电场二、电场强度为了描述电场对电荷的施力性质,引入一个基本物理量--电场强度,简称场强,用表示,其定义为EqF E=三、场强迭加原理处于由产生的电场中q 0n q q q ,,,21 ∑∑=====n i in i iE F FE q q 11四、场强的计算点电荷电场,430rrq q F πε =34r r q E πε =点电荷系电场∑∑==i i i ii i r r q E E 34πε任意带电体电场用积分求解.解体步骤:1.将带电体分成无数个电荷元(电荷元不一定是点电荷)电荷元dq 在空间某点的场强:r rdq E d341πε=2.选取适当的坐标系,写出的各个分量的表达式。

E dz y x dE dE E d ,,3.求zy x dE dE E d ,,,⎰=E d E x x ,⎰=E d E y y ⎰=E d E z z 此步最好利用电荷分布的对称性判断方向,减少计算.E4. 带电体的场强k E j E i E E z y x++=§7.3 电感强度高斯定理一、电感强度D在各向同性的均匀电介质中,任一点处的电感强度等于该点的电场强度和介电常数的乘积,即:D εEED ε=二、电力线和电感线电力线电力线在电场中任一点处,通过垂直于的单位面积的电力线条数等于该点处的量值。

【大学物理】静电场

【大学物理】静电场

【大学物理】静电场在大学物理的广阔知识海洋中,静电场无疑是一个极其重要的篇章。

它不仅是物理学基础理论的重要组成部分,也在实际生活和众多科学技术领域中有着广泛而深刻的应用。

让我们先来了解一下什么是静电场。

静电场是由静止电荷产生的一种特殊的物质形态。

电荷是物质的基本属性之一,分为正电荷和负电荷。

当这些电荷静止不动时,它们周围的空间就会产生一种特殊的“力场”,这就是静电场。

静电场具有一些独特的性质。

首先,静电场对放入其中的电荷会产生力的作用。

这个力的大小与电荷的电荷量以及所处位置的电场强度有关。

电场强度是描述静电场强弱和方向的物理量,它等于单位正电荷在该点所受到的电场力。

从电场线的角度来看,静电场的电场线总是从正电荷出发,终止于负电荷,或者延伸到无穷远处。

而且电场线的疏密程度表示电场强度的大小,电场线越密,电场强度越大;电场线越稀疏,电场强度越小。

库仑定律是描述静电场中两个静止点电荷之间相互作用力的基本定律。

它表明,两个点电荷之间的作用力与它们的电荷量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比,作用力的方向沿着它们的连线。

这个定律为我们研究静电场中电荷之间的相互作用提供了重要的依据。

静电场中的高斯定理也是一个非常重要的概念。

它指出,通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的代数和除以真空中的介电常数。

这个定理为我们计算电场强度提供了一种有效的方法。

在实际生活中,静电场有着广泛的应用。

例如,静电复印机就是利用静电场来实现复印的功能。

在复印机中,通过对硒鼓充电形成静电场,使得墨粉能够吸附在硒鼓上,从而完成复印的过程。

再比如,静电除尘器是利用静电场使空气中的灰尘带电,然后在电场力的作用下将灰尘吸附到电极上,达到净化空气的目的。

在科学研究中,静电场也发挥着重要的作用。

例如,在加速器中,通过利用静电场对带电粒子进行加速,可以使粒子获得很高的能量,从而用于科学研究和医疗等领域。

静电场的研究不仅在物理学中具有重要意义,在其他学科领域如化学、生物学等也有着不可忽视的影响。

(完整版)大学物理静电场

(完整版)大学物理静电场

(
r
l 2
)2
1
(r
l 2
)2
1
E
(
r
l 2
)2
E
若r>>l,则有:
E 2ql 4 0r3
2Pe 4 0r3
写成矢量形式即为:
E 2Pe 4 0r3
电偶极子在电场中所受的力
如图所示 M=flSin
=qElSin =PeESin
则 M Pe E
f +
l
pe
f
θ
E
[例2] 如图示,求一均匀带电直线在 O点的电场。
3、电荷的量子化 e =1.6021892±0.0000046×10-19C 密里根油滴实验
二、库仑定律(Coulomb’s Law)
1、库仑定律
F
k
q1q2 r122
其中 k 1
4 0
0 8.85 1012C 2N 1m2
2、矢量性:
1 Qq
F
4 0
r2
r0
r0 F
与电荷电性无关(指研 究对象) 的方向与电荷电性及r0 有关
r2
Cos
5、选择积分变量
选作为积分变量,则
l = atga =atg(-/2)
=-aCtg dl=aCsc2 d r2=a2+l2=a2+a2Ctg2
=a2Csc2 所以有:
Y
dE
X
θ2
0
aa
r
a
θ1
q
dl
l
dEX
1 4 0
Cos aCsc2d a2Csc2
1 4 0
d a
Cos
大学物理 (下)

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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R2 x2
18
由对称性有
E Exi
E l dEx l dE cos
dl 4π0r
2
x r
2πR 0
xdl 4 π 0r3

qx
0(x2 R2)3 2
若 x R,
E

q
0x2
即在远离环心的地方,带电环的场强可视为电
荷全部集中在环心处所产生的场强.
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19
作业 P194 习题:5-8
方向沿x轴的正向。
若 l , (无限长均匀带电直线) E
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2π 0 x
17
例: 正电荷 q均匀分布在半径为 R的圆环上.计算在环 的轴线上任一点 P的电场强度.
dl
r
R
θ P dEx
ox
x
dE dE
q
解 dq λdl λ
2πR
dE
1
4 π0
λdl e r 2 r r高校教育精品PPT
y3
1 p
4π y3
高校教育精品PP0T
15
例2:均匀带电直线长为2l,所带电荷量q ,求中垂线 上一点的电场强度.
解: 电荷线密度
y
q dq dy
2l
dE
1
4π 0
dq r2
er
由场对称性, Ey=0
l
E dEx 20 dE cos
l
dq
o
dy
y
r
x
dEy ' dE'
dEx ' x dEx
P
dE
电荷体分布 dq ρdV ρ为电荷分布的体密度
电荷面分布 dq dS σ为电荷分布的面密度
λ dq λdl 电荷线分布
高校教育精品P为PT 电荷分布的线密度 13
例1: 求电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度.
E E
1
4π 0
1

q
r2 e
0
q r2
e
r r r
y2 ( l )2 2
5-1-1 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。
• 玻璃棒与丝绸摩擦后所带的电荷为正电荷。
电荷的基本单元就是一个电子所带电荷量的绝对值.
e 1.60高2校教1育0精品1P9PTC
4
注意
1.电荷是物质一种属性,是物质所带电的量,单位: 库伦.
i
故 q0 处总电场强度
E F q0
i
Fi q0
i
Ei
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12
1. 点电荷系的合场强
2. 电荷连续分布
E
n i 1
14 Βιβλιοθήκη 0qi ri2eri
电荷元的元场强:
q
dE
4
1 dq
π 0 r 2
er
合场强为 E dE
d q
1 dqer
4 π0 r 2
er
电场
电荷
电场强度: 是从力的方面描写电场性质的物理量.
定义电场强度:
E F q0
4
1
π 0
Q r2
er
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22
四、场强叠加原理
1. 点电荷系的合场强 E
2. 电荷连续分布
n i 1
1
4 π0
qi ri2
eri
dE
4
1
π 0
dq r2
er
q d q
er
2.电荷性质
电荷有两类:正电荷、负电荷.同性相斥、异性相吸.
3.电荷守恒定律
在一个与外界没有电荷交换的系统内,正、负
电荷的代数和在任何物理过程中始终保持不变.
4.电荷量子化
物体所带电荷量都是元电荷的整数倍. 电荷的这
种特性叫电荷的量子高性校教.育精品PPT
5
5-1-2 库仑定律
真空中两个静止的点电荷q1和q2之间的作用力的 大小与这两个电荷所带电荷量的乘积成正比,与它们
dq'
dEy dE
l
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16
cos x
r r (x 2 y2 )1/2
E
2
l 0
1
4π 0
dq r2
x r
2
l 0
4π 0
(x2
xdy y2 )3/2
y
l
dq
o
dy
y
r
x
dEy '
dE'
dEx ' x
dEx
dq'
dEy dE
l
查积分表
E
2π0
x
l x2 l2
1/ 2
9
电场强度:电场中某点的电场强度的大小等于 单位电荷在该点所受电场力的大小,方向为正 电荷在该点所受力的方向.
注意
试验电荷应满足: (1)它所带电荷足够小; (2)它的线度很小,可以视为点电荷。
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10
带电量为 q 的点电荷在电场强度为E 的电场中受
到的电场力
F qE
q
为正,F

E
同向;
q
为负,F

E
反向.
3.点电荷的场强分布
E F q0
4
1
π 0
Q r2
er
E
Q
E
Q
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11
4、场强叠加原理
点电荷 qi 对q0 的作用力
Fi
1 4 πε0
qi q0 ri2
ei
q1
q2 q3
er1 e r2
er3
F3
F2
q0
F1
由力的叠加原理得 q0 所受合力 F Fi
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1
电磁学(electromagnetics)研究对象 电磁相互作用及其运动规律
布主的要场特, 用点空: 间研函究数对(象如不E 再, U是, 分B 等离)的描实述物其,性而质是. 连续分
电磁学
静电场 恒定磁场 变化中的电磁场
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2
第五章
静电场
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3
§5-1 电荷 库仑定律
之间距离的平方成反比,作用力的方向沿着这两个点
电荷的连线,同号电荷相斥,异号电荷相吸.
F21
k
q1q2 r2
e21
F12
q1
e21 r q2
F21
k 1
4π 0
F12 F21
真空中的电容率 0 8.851012 C2 N1 m2
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6
§5-2 电场 电场强度
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7
1. 电场:任何电荷都将在自己周围的空间激发电场, 电场对处于其中的任何电荷都有力(称电场力)的作 用,即电荷之间的作用力是通过场来传递的.
电荷
电场
电荷
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8
2.电场强度:是从力的方面描写电场性质的物理量.
Q
q0
F
F q0 Cer
定义电场强度: E F q0
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20
内容回顾
一、电荷
1.电荷是物质一种属性,是物质所带电的量,单位: 库伦.
2.两类:正电荷、负电荷. 同性相斥、异性相吸.
3.电荷守恒
4.电荷量子化
二、库仑定律
F12 q1
e21 r
q2 F21
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F21
4
1
π 0
q1q2 r2
e21
21
三、电场和电场强度
电荷
Ex 2E cos
E
y
E B
E e
r
q
r
y
e
q
l
x
Ey 0
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14
cos l / 2
y2 (l / 2)2
y
E
E B
E
Ex
4
1
π 0
ql (y2 l2 /
4)3/2
E e
r
q
r
y
e
q
E 的方向沿x轴的负向。
l
x
若 y l ,定义电偶极矩 p ql
1 ql
E
4 π0
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