第靜電場(chǎng)演示文稿

第靜電場(chǎng)演示文稿當(dāng)前第1頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)優(yōu)選第靜電場(chǎng)當(dāng)前第2頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)二.庫侖定律1.點(diǎn)電荷(一種理想模型)當(dāng)帶電體的大小、形狀與帶電體間的距離相比可以忽略時(shí),就可把帶電體視為一個(gè)帶電的幾何點(diǎn)。2.庫侖定律處在靜止?fàn)顟B(tài)的兩個(gè)點(diǎn)電荷，在真空（空氣）中的相互作用力的大小，與每個(gè)點(diǎn)電荷的電量成正比，與兩個(gè)點(diǎn)電荷間距離的平方成反比，作用力的方向沿著兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線。電荷q1對(duì)q2的作用力F21當(dāng)前第3頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)電荷q2對(duì)q1的作用力F12

真空中的電容率（介電常數(shù)）討論：(1)庫侖定律適用于真空中的點(diǎn)電荷；(2)庫侖力滿足牛頓第三定律；(3)一般當(dāng)前第4頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)三.電場(chǎng)力的疊加q0受的力：對(duì)n個(gè)點(diǎn)電荷：對(duì)電荷連續(xù)分布的帶電體Qr當(dāng)前第5頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)已知兩桿電荷線密度為，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，相距L

解例兩帶電直桿間的電場(chǎng)力。求L3L2LxO當(dāng)前第6頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)§9.2

靜電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度矢量一.靜電場(chǎng)后來:

法拉第提出場(chǎng)的概念早期：電磁理論是超距作用理論

電場(chǎng)的特點(diǎn)(1)對(duì)位于其中的帶電體有力的作用(2)帶電體在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力要作功二.電場(chǎng)強(qiáng)度矢量試驗(yàn)電荷帶電量足夠小點(diǎn)電荷場(chǎng)源電荷產(chǎn)生電場(chǎng)的電荷==在電場(chǎng)中任一位置處：當(dāng)前第7頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小等于單位電荷在該點(diǎn)受力的大小，其方向與正電荷在該點(diǎn)受電場(chǎng)力的方向一致。三.電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理點(diǎn)電荷的電場(chǎng)定義：點(diǎn)電荷系的電場(chǎng)

點(diǎn)電荷系在某點(diǎn)P產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和。這稱為電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理。當(dāng)前第8頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)連續(xù)分布帶電體P連續(xù)帶電體：ρ：體電荷密度連續(xù)帶電面：σ：面電荷密度連續(xù)帶電線：λ：線電荷密度當(dāng)前第9頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)求電偶極子在延長(zhǎng)線上和中垂線上一點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度。解例P令：電偶極矩Pr在中垂線上Ox當(dāng)前第10頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)aP它在空間一點(diǎn)P產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度（P點(diǎn)到桿的垂直距離為a)解dqr由圖上的幾何關(guān)系

21例長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻帶電直桿，電荷線密度為求xyO當(dāng)前第11頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)(1)a>>L

桿可以看成點(diǎn)電荷討論(2)無限長(zhǎng)直導(dǎo)線aPx

yOdqr21當(dāng)前第12頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)圓環(huán)軸線上任一點(diǎn)P

的電場(chǎng)強(qiáng)度RP解dqOxr例半徑為R的均勻帶電細(xì)圓環(huán)，帶電量為q

求圓環(huán)上電荷分布關(guān)于x軸對(duì)稱當(dāng)前第13頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)(1)當(dāng)

x=0（即P點(diǎn)在圓環(huán)中心處）時(shí)，

(2)當(dāng)

x>>R

時(shí)可以把帶電圓環(huán)視為一個(gè)點(diǎn)電荷討論RPdqOxr當(dāng)前第14頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)面密度為的圓板在軸線上任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度解Pr例RxO當(dāng)前第15頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)(1)當(dāng)R>>x

，圓板可視為無限大薄板(2)E1E1E1E2E2E2討論當(dāng)前第16頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)一.電場(chǎng)線（電力線）

電場(chǎng)線的特點(diǎn):(2)反映電場(chǎng)強(qiáng)度的分布電場(chǎng)線上每一點(diǎn)的切線方向反映該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向,電場(chǎng)線的疏密反映場(chǎng)強(qiáng)大小。(3)電場(chǎng)線是非閉合曲線(4)電場(chǎng)線不相交(1)由正電荷指向負(fù)電荷或無窮遠(yuǎn)處+q-qA§9.3

電通量高斯定理當(dāng)前第17頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)二.電通量在電場(chǎng)中穿過任意曲面S的電場(chǎng)線條數(shù)稱為穿過該面的電通量。

1.均勻場(chǎng)中定義2.非均勻場(chǎng)中dSEn

當(dāng)前第18頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)非閉合曲面任取閉合曲面向外為正，向內(nèi)為負(fù)(2)電通量是代數(shù)量為正

為負(fù)

對(duì)閉合曲面方向的規(guī)定：(1)討論穿出

穿入

當(dāng)前第19頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)三.高斯定理取任意閉合曲面時(shí)以點(diǎn)電荷為例建立e——q關(guān)系:結(jié)論:

e

與曲面的形狀及q

在曲面內(nèi)的位置無關(guān)。取球?qū)ΨQ閉合曲面-q+q+q當(dāng)前第20頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)S+qS1S2

q在曲面外時(shí)：當(dāng)存在多個(gè)電荷時(shí)：q1q2q3q4q5

是所有電荷產(chǎn)生的，e

只與內(nèi)部電荷有關(guān)。結(jié)論:P當(dāng)前第21頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)（不連續(xù)分布的源電荷）

（連續(xù)分布的源電荷）

反映靜電場(chǎng)的性質(zhì)——有源場(chǎng)真空中的任何靜電場(chǎng)中，穿過任一閉合曲面的電通量，在數(shù)值上等于該曲面內(nèi)包圍的電量的代數(shù)和乘以高斯定理意義四.用高斯定理求特殊帶電體的電場(chǎng)強(qiáng)度當(dāng)前第22頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)均勻帶電球面，總電量為Q，半徑為R電場(chǎng)強(qiáng)度分布QR解取過場(chǎng)點(diǎn)P的同心球面為高斯面P如果P點(diǎn)在球面外

:r根據(jù)高斯定理++++++例求當(dāng)前第23頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)rEOR++++++如果P點(diǎn)在球面內(nèi)

:E=0電場(chǎng)分布曲線R當(dāng)前第24頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)例已知球體半徑為R，帶電量為q（電荷體密度為）R++++解球外均勻帶電球體的電場(chǎng)強(qiáng)度分布求球內(nèi)()r電場(chǎng)分布曲線REOrr當(dāng)前第25頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)解電場(chǎng)強(qiáng)度分布具有面對(duì)稱性

選取一個(gè)圓柱形高斯面已知“無限大”均勻帶電平面上電荷面密度為電場(chǎng)強(qiáng)度分布求例根據(jù)高斯定理有

xOEx當(dāng)前第26頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)已知“無限長(zhǎng)”均勻帶電直線的電荷線密度為+

解電場(chǎng)分布具有軸對(duì)稱性過P點(diǎn)作一個(gè)以帶電直線為軸，以l為高的圓柱形閉合曲面S作為高斯面例距直線r處一點(diǎn)P

的電場(chǎng)強(qiáng)度求根據(jù)高斯定理得rlP當(dāng)前第27頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)電場(chǎng)分布曲線總結(jié)用高斯定理求電場(chǎng)強(qiáng)度的步驟：(1)

分析電荷對(duì)稱性；(2)

根據(jù)對(duì)稱性取高斯面；高斯面必須是閉合曲面高斯面必須通過所求的點(diǎn)EOr(3)

根據(jù)高斯定理求電場(chǎng)強(qiáng)度。高斯面的選取使通過該面的電通量易于計(jì)算當(dāng)前第28頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)§9.4

靜電場(chǎng)的環(huán)路定理電勢(shì)能一.靜電力作功的特點(diǎn)?單個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中baLq0(與路徑無關(guān))Ocde當(dāng)前第29頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)結(jié)論電場(chǎng)力作功只與始末位置有關(guān)，與路徑無關(guān)，所以靜電力是保守力，靜電場(chǎng)是保守力場(chǎng)。?任意帶電體系產(chǎn)生的電場(chǎng)中電荷系q1、q2、…的電場(chǎng)中，移動(dòng)q0，有abL??當(dāng)前第30頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)在靜電場(chǎng)中，沿閉合路徑移動(dòng)q0，電場(chǎng)力作功L1L2二.靜電場(chǎng)的環(huán)路定理環(huán)路定理ab當(dāng)前第31頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)(1)環(huán)路定理是靜電場(chǎng)的另一重要定理，可用環(huán)路定理檢驗(yàn)一個(gè)電場(chǎng)是不是靜電場(chǎng)。不是靜電場(chǎng)abcd討論(2)環(huán)路定理要求電力線不能閉合。(3)靜電場(chǎng)是有源、無旋場(chǎng)，可引進(jìn)電勢(shì)能。當(dāng)前第32頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)三.電勢(shì)能?電勢(shì)能的差力學(xué)保守力場(chǎng)引入勢(shì)能靜電場(chǎng)保守場(chǎng)引入靜電勢(shì)能定義：q0在電場(chǎng)中a、b

兩點(diǎn)電勢(shì)能之差等于把

q0自a點(diǎn)移至b點(diǎn)過程中電場(chǎng)力所作的功。?電勢(shì)能取勢(shì)能零點(diǎn)

W“0”=0q0在電場(chǎng)中某點(diǎn)

a的電勢(shì)能：當(dāng)前第33頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)(1)電勢(shì)能應(yīng)屬于q0

和產(chǎn)生電場(chǎng)的源電荷系統(tǒng)共有。說明(3)選勢(shì)能零點(diǎn)原則：(2)電荷在某點(diǎn)電勢(shì)能的值與零點(diǎn)選取有關(guān),而兩點(diǎn)的差值與零點(diǎn)選取無關(guān)。?實(shí)際應(yīng)用中取大地、儀器外殼等為勢(shì)能零點(diǎn)。?當(dāng)(源)電荷分布在有限范圍內(nèi)時(shí)，勢(shì)能零點(diǎn)一般選在無窮遠(yuǎn)處。?無限大帶電體，勢(shì)能零點(diǎn)一般選在有限遠(yuǎn)處一點(diǎn)。當(dāng)前第34頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)如圖所示,在帶電量為

Q的點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)中，有一帶電量為q的點(diǎn)電荷解選無窮遠(yuǎn)為電勢(shì)能零點(diǎn)bacQq在a點(diǎn)和

b點(diǎn)的電勢(shì)能求例選

C點(diǎn)為電勢(shì)能零點(diǎn)兩點(diǎn)的電勢(shì)能差：當(dāng)前第35頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)作業(yè)

P67/9.1,9.2,9.7,9.8當(dāng)前第36頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)§9.5電勢(shì)電勢(shì)差?電勢(shì)差一.電勢(shì)單位正電荷自ab過程中電場(chǎng)力作的功。?電勢(shì)定義單位正電荷自該點(diǎn)“勢(shì)能零點(diǎn)”過程中電場(chǎng)力作的功。arq?點(diǎn)電荷的電勢(shì)當(dāng)前第37頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)二.電勢(shì)疊加原理?點(diǎn)電荷系的電勢(shì)P對(duì)n

個(gè)點(diǎn)電荷當(dāng)前第38頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)在點(diǎn)電荷系產(chǎn)生的電場(chǎng)中，某點(diǎn)的電勢(shì)是各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)，在該點(diǎn)產(chǎn)生的電勢(shì)的代數(shù)和。這稱為電勢(shì)疊加原理。對(duì)連續(xù)分布的帶電體三.電勢(shì)的計(jì)算方法（1）已知電荷分布（2）已知場(chǎng)強(qiáng)分布當(dāng)前第39頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)均勻帶電圓環(huán)半徑為R，電荷線密度為。解建立如圖坐標(biāo)系，選取電荷元dq例圓環(huán)軸線上一點(diǎn)的電勢(shì)求RrPdqOx當(dāng)前第40頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)半徑為R，帶電量為q的均勻帶電球體解根據(jù)高斯定律可得：求帶電球體的電勢(shì)分布例++++++RrP對(duì)球外一點(diǎn)P對(duì)球內(nèi)一點(diǎn)P1P1當(dāng)前第41頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)§9.6

等勢(shì)面一.等勢(shì)面電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)連成的面稱為等勢(shì)面。等勢(shì)面的性質(zhì):(1)當(dāng)前第42頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)證明:(2)規(guī)定相鄰兩等勢(shì)面間的電勢(shì)差都相同

等勢(shì)面密大等勢(shì)面疏小pQ(3)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向總是指向電勢(shì)降低的方向設(shè)等勢(shì)面上P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與等勢(shì)面夾角為,把q0

在等勢(shì)面上移動(dòng),電場(chǎng)力作功為當(dāng)前第43頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)§9.7靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體

一.導(dǎo)體的靜電平衡

1.靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部和表面上任何一部分都沒有宏觀電荷運(yùn)動(dòng)，我們就說導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。2.導(dǎo)體靜電平衡的條件導(dǎo)體表面3.靜電平衡導(dǎo)體的電勢(shì)導(dǎo)體靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體上各點(diǎn)電勢(shì)相等，即導(dǎo)體是等勢(shì)體，表面是等勢(shì)面。當(dāng)前第44頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)由導(dǎo)體的靜電平衡條件和靜電場(chǎng)的基本性質(zhì)，可以得出導(dǎo)體上的電荷分布。1.靜電平衡導(dǎo)體的內(nèi)部處處不帶電證明：在導(dǎo)體內(nèi)任取體積元由高斯定理體積元任取二.導(dǎo)體上電荷的分布導(dǎo)體中各處如果有空腔且空腔中無電荷,可證明電荷只分布在外表面。如果有空腔且空腔中有電荷,則在內(nèi)外表面都有電荷分布，內(nèi)表面電荷與q等值異號(hào)。+q---------------當(dāng)前第45頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)2.靜電平衡導(dǎo)體表面附近的電場(chǎng)強(qiáng)度與導(dǎo)體表面電荷的關(guān)系設(shè)導(dǎo)體表面電荷面密度為

P

是導(dǎo)體外緊靠導(dǎo)體表面的一點(diǎn),相應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為根據(jù)高斯定理:++++ds+++++當(dāng)前第46頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)孤立導(dǎo)體+++++++++++++++++++導(dǎo)體球孤立帶電4.靜電屏蔽(腔內(nèi)、腔外的場(chǎng)互不影響)腔內(nèi)腔外內(nèi)表面外表面導(dǎo)體由實(shí)驗(yàn)可得以下定性的結(jié)論：在表面凸出的尖銳部分電荷面密度較大，在比較平坦部分電荷面密度較小，在表面凹進(jìn)部分帶電面密度最小。ABC3.處于靜電平衡的孤立帶電導(dǎo)體電荷分布當(dāng)前第47頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)1）精密電磁儀器金屬外罩使儀器免受外電場(chǎng)干擾2）高壓設(shè)備金屬外罩避免其電場(chǎng)對(duì)外界產(chǎn)生影響.3）電磁信號(hào)傳輸線外罩金屬絲編制屏蔽層免受外界影響.4）高壓帶電作業(yè)中工人師傅穿的金屬絲編制的屏蔽服使其能夠安全的實(shí)施等電勢(shì)高壓操作.5.靜電屏蔽的應(yīng)用當(dāng)前第48頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)法拉第800千伏火花放電的屏蔽實(shí)驗(yàn)當(dāng)前第49頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)如圖所示,導(dǎo)體球附近有一點(diǎn)電荷q。解接地即由導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體O點(diǎn)的電勢(shì)為0則接地后導(dǎo)體上感應(yīng)電荷的電量設(shè)感應(yīng)電量為Q

0？例求當(dāng)前第50頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)兩球半徑分別為R1、R2，帶電量q1、q2，設(shè)兩球相距很遠(yuǎn)，當(dāng)用導(dǎo)線將彼此連接時(shí)，電荷將如何分布？解設(shè)用導(dǎo)線連接后，兩球帶電量為R2R1如果兩球相距較近，結(jié)果怎樣？例思考當(dāng)前第51頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)已知導(dǎo)體球殼A帶電量為Q

，導(dǎo)體球B帶電量為q

(1)將A接地后再斷開，電荷和電勢(shì)的分布；解A與地?cái)嚅_后,

ArR1R2B-q電荷分布不變(2)再將B接地，電荷和電勢(shì)的分布。A接地時(shí)，內(nèi)表面電荷為-q外表面電荷設(shè)為設(shè)B上的電量為根據(jù)孤立導(dǎo)體電荷守恒例求(1)(2)當(dāng)前第52頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)B球球心處的電勢(shì)總結(jié)(有導(dǎo)體存在時(shí)靜電場(chǎng)的計(jì)算方法)1.靜電平衡的條件和性質(zhì):

2.電荷守恒定律3.確定電荷分布,然后求解ArR1R2B-q當(dāng)前第53頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)電容只與導(dǎo)體的幾何因素和介質(zhì)有關(guān)，與導(dǎo)體是否帶電無關(guān)三.導(dǎo)體的電容電容器1.孤立導(dǎo)體的電容單位:法拉(F)孤立導(dǎo)體的電勢(shì)孤立導(dǎo)體的電容

+

+++++++++++++++Qu↑E↑

求半徑為R的孤立導(dǎo)體球的電容.電勢(shì)為電容為R當(dāng)前第54頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)若R=Re

,則C=709F

若C=110–3

F,則R=?C=110-3F啊,體積還這么大!1.8m9m通常，由彼此絕緣相距很近的兩導(dǎo)體構(gòu)成電容器。極板極板+

Q-

Qu使兩導(dǎo)體極板帶電兩導(dǎo)體極板的電勢(shì)差2.電容器的電容電容器的電容當(dāng)前第55頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)電容器電容的計(jì)算

Q電容器電容的大小取決于極板的形狀、大小、相對(duì)位置以及極板間介質(zhì)。duS+Q-Q(1)平行板電容器當(dāng)前第56頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)(2)球形電容器R1+Q-QR2ab(3)柱形電容器R1R2l當(dāng)前第57頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)uR1R2l當(dāng)前第58頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)§9.8

靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)一.電介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響電介質(zhì):絕緣體(放在電場(chǎng)中的)電介質(zhì)電場(chǎng)r實(shí)驗(yàn)r—電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)結(jié)論:介質(zhì)充滿電場(chǎng)或介質(zhì)表面為等勢(shì)面時(shí)+Q-Q++++++++++++++++----------------介質(zhì)中電場(chǎng)減弱當(dāng)前第59頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)二.電介質(zhì)的極化束縛電荷無極分子有極分子+

-無外場(chǎng)時(shí)（熱運(yùn)動(dòng)）整體對(duì)外不顯電性(無極分子電介質(zhì))(有極分子電介質(zhì))當(dāng)前第60頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)-------+++++++有外場(chǎng)時(shí)(分子)位移極化(分子)取向極化束縛電荷′束縛電荷′無極分子電介質(zhì)有極分子電介質(zhì)′當(dāng)前第61頁\共有69頁\編于星期六\18點(diǎn)三.有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理電位移矢量無電介質(zhì)時(shí)加入電介質(zhì)r+++++++++---------++++++