大学物理静电场课件
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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。
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。
大学物理课件-静电场的环路定理电势
(
2 0
x2 R2 x)
根据电场与电势的微分关系：
V
x
Ex
x
[1
2 0
] x2 R2
教学基本要求
第六章热力学基础
一 掌握描述静电场的两个 物理量——电场强度 和电势的概念，理解电场强度E 是矢量点函数，而
③电势高低的判断：沿电力线电势降低。
正电荷产生的电场各点的电势为正，∞处最小为0。
负电荷产生的电场各点的电势为负，∞处最大为0。
④电势是标量，单位为伏特。
2、电势差（电压）
第六章热力学基础
电场中两点的电势差：
Vab Va Vb
E
a
dl
E
b
dl
b
E
a
dl
Aab q0
定义：
Vab Va Vb
dalb与nd0夹 n, a角c为 dl
考虑电势沿 dl方向的变化率（
方向导数）
dV dV dn dV cos dV
dl dn dl dn
dn
电势梯度：
dV dn
n0
方向等于电势升高第最六快章的热方力向学。基础
2 场强与电势梯度的关系：
令q0从a b, dAab F dl q0E dl q0Edn dAab q0 (Va Vb ) q0dV E dV (1) dn
Vp
dq
4 0r
①由点电荷电势公式，利用电势叠加原理计算。
dq
V p
4 0r
qi
i 4 0ri
连续带电体 点电荷系
前提条件为有 限大带电体且 选无限远处为 电势零点.
②根据已知的场强分布，按定义计算。 Vp
Edl
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。
大学物理课件静电场
大学物理课件：静电场一、静电场的基本概念1.1电荷电荷是物质的一种属性，是带电粒子的基本单位。
根据电荷的性质，电荷可分为正电荷和负电荷。
自然界中，已知的电荷只有两种：电子和质子。
电子带负电，质子带正电。
电荷的量是量子化的，即电荷量总是元电荷的整数倍。
1.2静电场（1）存在势能：在静电场中，电荷之间存在电势差，电荷在电场中移动时会受到电场力的作用，从而具有势能。
（2）叠加原理：静电场中，任意位置的电场强度是由所有电荷在该点产生的电场强度的矢量和。
（3）保守性：静电场力做功与路径无关，只与初末位置有关，因此静电场是保守场。
1.3电场强度电场强度是描述电场中电荷受力大小的物理量。
电场强度E的定义为单位正电荷所受到的电场力F，即E=F/q。
电场强度是矢量，方向与正电荷所受电场力方向相同。
在国际单位制中，电场强度的单位为牛/库仑（N/C）。
二、库仑定律2.1库仑定律的表述库仑定律是描述静止电荷之间相互作用的定律。
库仑定律表明，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，与它们之间的距离的平方成反比，作用力在它们的连线上。
2.2库仑定律的数学表达式设两个点电荷的电荷量分别为q1和q2，它们之间的距离为r，则它们之间的相互作用力F可以用库仑定律表示为：F=kq1q2/r^2其中，k为库仑常数，其值为8.9910^9N·m^2/C^2。
2.3电场强度的计算根据库仑定律，可以求出单个点电荷产生的电场强度。
设一个点电荷q产生的电场强度为E，则距离该电荷r处的电场强度E 为：E=kq/r^2三、电势与电势差3.1电势电势是描述电场中某一点电荷势能的物理量。
电势的定义为单位正电荷从无穷远处移到该点时所做的功W，即V=W/q。
电势是标量，单位为伏特（V）。
3.2电势差的计算电势差是描述电场中两点间电势差异的物理量。
电势差U的定义为单位正电荷从一点移到另一点时所做的功W，即U=W/q。
电势差是标量，单位为伏特（V）。
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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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
大学物理课件静电场
46
讨论：
a. q 0 e 0
电量为q的正电荷有q/0条电场线 由它发出伸向无穷远
q 0 e 0
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。
y
•B
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l
E
E
•
A
A
E
x
r
解：A点 设+q和-q 的场强 分别为 E 和 E
E
q
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l )2 2
E
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l )2 2
15
E
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11
三 点电荷的电场强度
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12
四、场强叠加原理
E2
E
点电荷系
N
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讨论：
a. q 0 e 0
电量为q的正电荷有q/0条电场线 由它发出伸向无穷远
q 0 e 0
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。
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解：A点 设+q和-q 的场强 分别为 E 和 E
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11
三 点电荷的电场强度
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1
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12
四、场强叠加原理
E2
E
点电荷系
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q1
P E1
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(2024年)大学物理静电场教学PPT学习教案
20
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。
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。
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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 。
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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
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。
大学物理电场课件
注意：公式中EdE
qdq=dl
qdq = 2rdr
= dy
参与题：一均匀带电圆弧，电荷线 密度为 ，圆弧圆心角为0，求Eo=?
0
O
2. 求解
0 = 时, Eo=?
R0 2
R0
各 d E 均同向。
dR
x d R x x (1 ) E=dE 0 2 2 3/ 2 2 2 2 2 4 0 ( x R ) 2 0 x R 0 2 0 x R0 方向：沿轴向！ >0,沿 ? <0 ,沿 ?
dR
R O x P
E=——— 20 r
俯视图
d
= —— sin d 0 0 20
方向：沿 y 轴正向。
O
O
dE
x
y
用迭加原理求场强小结：
dr
dy
dl
利用公式 q E= ——— 40r2
qx E= —————— 40(x2+R2)3/2
E= —— 20
E= ——— 20r dl1 1. 解题思路
大学物理
第五章 静电场
（第二讲）
预习： 高斯定理
用场强叠加原理求场强的步骤：
d y Ey dE d Ex
P a
+ + + +
r
O
+ +
① 无限分割带电体电荷元dq 任选一dq，求出元场强 d E (写 出大小、标明方向)；
1 + +
+ +
② 建立直角坐标系， 分解 d E d E x d E y d Ez
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。
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：
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
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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
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4 0 x
2
方 向
x
(1
)
2 0
（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
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求：E p ?
解：dE
4
xdq (x2
r )2
3 2
0
R
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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
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0
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E
当 x R 时：E 当 x R时：E
2q0
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4 0 x
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方 向
x
(1
)
2 0
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单位（SI）： 牛 库 顿 （ 1N 仑 C 1 ）米 或 （ 1V m 伏 1 ）
1E 根 、式 根点据qFE 中 0库rˆ据 的 0电为 仑荷定q4指 1律定 的,，0得 向 r场有q2义 r强场 0P（当 当 的 点 呈qq球00单 时 时F对v,,EE称 位 与 与4分1rr矢 反 同布0 向 向 q）rq径 2。 ； 0 r+ˆ0q。 r-Pq rq0 PEqE0
二、电荷的守恒性
在一个孤立的带电系统中（即没有净电荷通过其界面），无 论发生怎样的物理过程，系统所具有的正负电荷电量的代数 和总是保持不变。——电荷的守恒定律 • 电荷的运动不变性 一个电荷的电量与它的运动状态无关，即 系统所带电荷与参考系的选取无关。
三、电荷的量子性 • 电量 密立根油滴实验
• 电荷的量子性
l
r
dl
2
r0
三. 计算场强 E 分布的基本方法
（3）电磁场可同时在空间叠加。
• 静电场的重要表现
（1）场中任何带电体都受电场力作用 — 动量传递 （用2）、E 带电来U体分在别电描场述中静移电动场时的，上场述对两带项电性体质做功—能量传递 (3)静电场对放在其中的导体有感应作用，对置于其中的电 介质有极化作用
二、电场强度
场源电荷：产生电场的点电荷、点电荷系、或带电体.
第八章 静止电荷的电场
相对于观察者为静止的电荷称为静电荷。它在 空间所产生的场为静电场，它是电磁场的一种特殊 状态。重点讨论真空中的静电场。
• 主要内容
• 描述静电场的两个基本物理量：电场强 度 和电势
• 静电场的两个基本定理：高斯定理和环 流定理
• 电势与电场的关系
结构框图
电相互作用
库仑定律
静电场
Qne e ( 1 .61 02 8 2 0 .0 90 06 0 ) 0 1 4 1 C 0 9
四、库仑定律
• 电性力 同号电荷相斥，异号电荷相吸。这种相互作用称
为电性力。
• 1785年 法国物理学家库仑（C.A.Coulomb）扭秤实验
• 点电荷（理想模型） 当带电体的大小和带电体之间的距
离相比很小时，这种带电体就可看作点电荷。（忽略其形状 和大小）
• 真空中的库仑定律
q2
F
矢量式：
v F
k
q1q2
rr
0
q1
r
r2
F
q2
v F
k
q1q2 r2
r r0
q1
r r v 0 为 由 施 力 者 q 1 指 向 受 力 者 q 2 的 单 位 矢 径 ，
k 是 比 例 系 数 ， 由 各 物 理 量 的 单 位 决 定 。
引入真空电容率(1986年推荐值)：
04 1 k88541 1 8 1 0 7 C 22 N 8 1 m 1 27 F 410q1 rq3 2r4 q1q 02 r2r 0
目的：使后面的大量电磁学公式不出现 4因 子。
库仑力符合矢量叠加性
①、点电荷系 ------ 矢量和 (平 行四边形法则)
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
l0 l dl
s0 s ds
V0V dV
d q dV d q dd s q dl
dE r P
E
1
4 0
dV v r2
r0
dq
dE
1
40
dq r2
r0
E
1 4
0
ds s r2
r0
r是 d l、 d s、 d v到 研 究 点 的 距 离 ； E 1
r v 0 是 从 d l、 d s、 d v指 向 研 究 点 的 单 位 矢 量 4 0
ü 点电荷系的电场强度公式
n 1
Ei1Ei 4 0
i n1rqi2 i rˆi
分量式：
E xE x,iE yE y,iE zE zi
i
i
i
E E x i E yj E zk
大小： E Ex2Ey2Ez2 方向：
3、电荷连续分布带电体的场强分布
电荷线密度
电荷面密度
电荷体密度
limqdq limqdq limqdq
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。
• 静电场 静止电荷周围的电场称为静电场（该电荷称为场源电荷）。
（1）静电场仅是电磁场的一种特殊形态。
（2）电磁场与实物物质一样具有质量、能量、动量等。
一、电荷的极性
• 电荷的概念 把带电体所带的电称为电荷。 • 正电荷和负电荷
• 物体带电的方法
①、接触起电（电荷的转移，电子的转移）
A ++
B A + +B A + + B
②、感应起电
C AB + -+
③、 摩擦起电
C AB +- +
物体带电的本质 两种物体间发生了电子的转移。
即一物体失去电子带正电，另一物体得到电子带负电。
2、点电 中的设某力场 场F 点 E 1 源,P等 F 2 由处,强 试n,于 F 个验 n E点电电的荷F荷矢q 0量q上1和,F的q1。2力,FF,为q2 n各组点成电，荷F作n所用产在
q0 n
i1
q0 Fi q0
q0
n Ei
i1
q0
点电荷系在某点产生的场强，等于每一个点电 荷单独存在时在该点分别产生的场强的矢量和。— —场强叠加原理
F
N i1
4q0q0ri i2ri0
②、带电体 ------矢量积分
• q1
q•2
q0 P
•
•
F
qN •
F
q0dq r Q40r2 0
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。
• 引入试验电荷 —q—0 点电荷（电量足够小，不影响原电场分布）
• 定义：电场强度（场强）
E
F
q0
电场中某点的电场强度在量值上等于放在该点的 单位正试验电荷所受的电场力，其方向与正试验电 荷受力方向一致。
一般情况：
E E x ,y ,z E r 本章的重点
——（为空间矢量点函数。）