高二物理競賽靜電場課件

是(x,y)還是(x’,y’)取決于選了哪個坐標(biāo)系矢量r：在不同坐標(biāo)系中有不同的分量Oxyx’y’rxyx’y’由(x,y)→(x’,y’)坐標(biāo)變換為:同樣道理,電場(Ex,Ey,Ez)和磁場(Bx,By,Bz)實際上是一個統(tǒng)一的電磁場的兩個不同側(cè)面而Ex,Ey,Ez,Bx,By,Bz是電磁場的六個分量現(xiàn)代觀點：更本質(zhì)的量是矢勢A和標(biāo)勢φx’=xcosθ+ysinθθy’=-xsinθ+ycosθ變換關(guān)系s→s’正如在不同坐標(biāo)系中看r的分量值（x,y）（x’,y’）不同一樣，從不同的參考系中（即觀察者的運動狀態(tài)不同）對同一電磁場（客體）得到不同的E、B值。如:S參考系:(Ex,Ey,Ez,Bx,By,Bz)S’參考系:(E’x,E’y,E’z,B’x,B’y,B’z)帶電體系——電磁場sS’u實驗規(guī)律場的性質(zhì)場與物質(zhì)的相互作用本課程的方法：一般利用麥克思韋方程組＋介質(zhì)邊界關(guān)系可處理電磁場的所有問題麥克思韋方程組介質(zhì)邊界關(guān)系第九章靜電場§9-1電相互作用電場強(qiáng)度§9-4靜電場中的導(dǎo)體§9-5靜電場中的電介質(zhì)§9-6電容§9-2靜電場的高斯定理§9-3靜電場的環(huán)路定理電勢本章重點：場強(qiáng)、電勢、高斯定理、環(huán)路定理、電場能本章難點：矢量、積分、場概念讀書指導(dǎo)：§9-5-4不要；其余要主要內(nèi)容：9-1-1.

電荷的基本性質(zhì)9-1-4.

場的疊加原理電場強(qiáng)度計算§9-1電相互作用電場強(qiáng)度9-1-2.

庫侖定律9-1-3.

電場強(qiáng)度1、電荷的量子性電子的電量電子的線度<10－18m夸克的電量2、電荷守恒定律孤立系統(tǒng)的總電荷不變3、電荷的相對論不變性一個電荷的電量與它的運動狀態(tài)無關(guān)。4、點電荷Prdd<<r9-1-1.

電荷的基本性質(zhì)真空中的兩個點電荷之間的相互作用力:x0yzr1r2r12r21+q1+q2F21F12常量k=8.9880x109N.m2/C2常量0=8.854210-12C2/(N.m2)1875年，庫侖扭秤實驗方向的單位矢量其中為9-1-2.

庫侖定律1、場的概念帶電體場場場場場場物質(zhì)電荷電場激發(fā)施力于電荷如何感知電場的存在？考慮試探電荷q0在電場中受力9-1-3.

電場強(qiáng)度q0AFAq0BFBq0CFCq

0(-)DFD試探電荷q0,在電場中受力F.電場強(qiáng)度:2、電場強(qiáng)度關(guān)于電場強(qiáng)度的理解:（1）電場強(qiáng)度是從電場對電荷有作用力的角度研究電場;（2）電場強(qiáng)度是電場中的位置的矢量函數(shù)單位：N/C;V/m（3）電場強(qiáng)度是對電場作為物質(zhì)的描述，在靜電場中物質(zhì)性不明顯p一、場強(qiáng)疊加原理:考慮任意帶電體的場強(qiáng)如果帶電體由n

個點電荷組成，則+q1由電力疊加原理由場強(qiáng)定義整理后得——場的基本性質(zhì)+q2-q3矢量疊加9-1-4.

場的疊加原理電場強(qiáng)度計算二、電場強(qiáng)度的計算庫侖定律點電荷的場強(qiáng)點電荷系的場強(qiáng)任意帶電體的場強(qiáng)疊加原理1、單個點電荷q產(chǎn)生的電場試探電荷q0在點電荷q的電場中受力場源點電荷q討論：考慮場源點電荷為＋q或－q＋qPr沿場點指向外－qPr沿場點指向－q2、點電荷系產(chǎn)生的電場（疊加原理）例1：電偶極子中垂線的電場強(qiáng)度的計算l-q+qPr一對等量異號電荷，已知r－r＋yl-qox+qP解：r定義電偶極矩為：r－r＋3、電荷連續(xù)分布帶電體的電場取一電荷元dq,pdqdq可視為點電荷電荷均勻分布的情況下,用電荷密度表示dq.電荷線密度:電荷面密度:電荷體密度:dq在p點的場強(qiáng)(化為分量式計算)第一步：確定場點，建立坐標(biāo)第二步：適當(dāng)選取電荷微元dq第三步：寫出電荷元dq在場點激發(fā)的電場第四步：將分解，利用對稱性求標(biāo)量積分計算步驟：解：取電荷元dq在p

點的場強(qiáng)：求：線外任意點P的電場強(qiáng)度（已知L，a）1、延長線上一點(>0)例：一均勻帶電直棒，在距離比粗細(xì)大得多的條件下視為帶電直線。今知其線電荷密度總場強(qiáng)：解：2、中垂線上一點o由對稱性分析可知，只有x分量Lxdl所以：將：代入，得：oLxdl對于整個帶電直線，θ的變化范圍是從－θ1到＋θ1xoE討論：無線長帶電直線L→∞（或者L>>x）場分布的特點：到直線距離相等處E大小相等；方向沿同軸柱面的法線例:均勻帶電圓環(huán)（帶電量為q，半徑為R

）軸線上一點的場強(qiáng).解：在圓環(huán)上任取電荷元:R0xXrpdq=dldq=dl寫分量：由對稱性分析可知：垂直x軸的場強(qiáng)為0！均勻帶電圓環(huán)軸線上一點的場強(qiáng):R0xXrpdq=dlPxrdx0例:均勻帶電圓盤（帶電量為q，半徑為R）軸線上一點的場強(qiáng)。解：

由上題結(jié)果取半徑為r，寬度為dr的環(huán)帶R討論：1、當(dāng)R>>x時PxR場分布的形式：EE2、當(dāng)R<<x時

PxR利用展開：例求兩個平行無限大均勻帶電平面的場強(qiáng)分布。設(shè)面電荷密度分別為和。直流電路中的平行板電容器間的場強(qiáng)，就是這種情況。解：小結(jié)：1、四個理想模型Prd點電荷r>>d無限長帶電直線L>>a電偶極子無限大帶電平面R>>xPxRoal-q+qPr2、幾種典型帶電體的電場強(qiáng)度（記?。c電荷：無限長均勻帶電直線：無限大均勻帶電平面外：均勻帶電圓環(huán)軸線上:均勻帶電圓盤軸線上：幾種典型帶電體的電場強(qiáng)度分布的對稱性：1、點電荷的電場強(qiáng)度球?qū)ΨQ2、無限長帶電直線的電場強(qiáng)度柱（軸）對稱3、無限大帶電平面的電場