《恒定電場(chǎng)》課件

恒定電場(chǎng)靜電場(chǎng)是電荷處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)。電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。目錄電場(chǎng)的定義與性質(zhì)電場(chǎng)的定義電場(chǎng)的性質(zhì)電場(chǎng)的表示方法電荷的基本定律庫(kù)侖定律電荷量的保守性電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度的定義計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度的公式均勻電場(chǎng)和非均勻電場(chǎng)電通量和高斯定理電通量的定義高斯定理及其應(yīng)用高斯面的選擇電場(chǎng)的定義與性質(zhì)電場(chǎng)是存在于電荷周圍的空間，電荷之間通過電場(chǎng)相互作用。電場(chǎng)是物質(zhì)的一種特殊形式，它具有獨(dú)特的性質(zhì)，例如方向性、強(qiáng)度和能量。1.1電場(chǎng)的定義概念電場(chǎng)是由電荷產(chǎn)生的空間，存在于電荷周圍。影響電場(chǎng)會(huì)對(duì)其他電荷產(chǎn)生力的作用，即電場(chǎng)力。描述電場(chǎng)可以用電場(chǎng)強(qiáng)度來描述，它表示電場(chǎng)力的強(qiáng)弱。1.2電場(chǎng)的基本性質(zhì)11.電場(chǎng)力電場(chǎng)對(duì)帶電物體產(chǎn)生力的作用，稱為電場(chǎng)力。22.電場(chǎng)力的方向電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同，正電荷受到的電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同，負(fù)電荷受到的電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反。33.電場(chǎng)力的作用電場(chǎng)力是電荷之間相互作用力的表現(xiàn)形式，是電磁力的一個(gè)重要表現(xiàn)形式。44.電場(chǎng)力的作用距離電場(chǎng)力的作用距離遠(yuǎn)大于分子之間的作用距離，因此電場(chǎng)力的作用可以影響到距離較遠(yuǎn)的物體。1.3電場(chǎng)的表示方法電場(chǎng)線電場(chǎng)線是用來形象地描述電場(chǎng)的一種方法。電場(chǎng)線是假想的曲線，它在空間中每一點(diǎn)的切線方向都與該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向一致。電場(chǎng)線從正電荷出發(fā)，終止于負(fù)電荷，或者延伸到無窮遠(yuǎn)處。等勢(shì)面等勢(shì)面是空間中電勢(shì)相等的點(diǎn)所組成的曲面。在靜電場(chǎng)中，等勢(shì)面與電場(chǎng)線垂直。電場(chǎng)線方向指向電勢(shì)降低的方向。2.電荷的基本定律電荷的基本定律是描述靜止電荷之間相互作用規(guī)律的物理定律。這些定律是建立電磁理論的基礎(chǔ)，也是理解電場(chǎng)、電勢(shì)等概念的關(guān)鍵。2.1庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律描述兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力與它們電荷量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。靜電力的方向同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。靜電力沿連接兩個(gè)電荷的直線方向作用。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證庫(kù)侖定律可以通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，例如使用扭秤來測(cè)量?jī)蓚€(gè)帶電物體之間的靜電力。2.2電荷量的保守性電荷轉(zhuǎn)移在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，電荷的總量保持不變。電荷可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，但總電荷量保持相同。電荷守恒電荷不能憑空產(chǎn)生或消失，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。電荷守恒定律是物理學(xué)中的基本定律之一。電荷守恒的應(yīng)用電荷守恒定律解釋了靜電現(xiàn)象，例如摩擦起電和靜電感應(yīng)。3.電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，反映了電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷的作用力大小。電場(chǎng)強(qiáng)度的方向是指正電荷在電場(chǎng)中所受力的方向。3.1電場(chǎng)強(qiáng)度的定義1場(chǎng)強(qiáng)力的概念電場(chǎng)強(qiáng)度是用來描述電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量。2點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度與點(diǎn)電荷的電量成正比，與距離點(diǎn)電荷的距離平方成反比。3場(chǎng)強(qiáng)力的方向電場(chǎng)強(qiáng)度方向與正電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力方向相同。4單位電場(chǎng)強(qiáng)度的單位是牛頓每庫(kù)侖(N/C)。3.2計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度的公式點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度E=kQ/r2電偶極子的電場(chǎng)強(qiáng)度E=(1/4πε?)*(p/r3)均勻帶電球體的電場(chǎng)強(qiáng)度E=kQ/r2(r≥R)3.3均勻電場(chǎng)和非均勻電場(chǎng)均勻電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度在空間各處都相同非均勻電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度在空間各處不同電通量和高斯定理電通量是電場(chǎng)線穿過某一面積的多少，它描述了電場(chǎng)穿透該面積的程度。高斯定理是電場(chǎng)理論中一個(gè)重要的定理，它揭示了電場(chǎng)強(qiáng)度與電荷分布之間的關(guān)系。4.1電通量的定義概念電通量反映了電場(chǎng)線穿過的面積大小，體現(xiàn)了電場(chǎng)的強(qiáng)度和分布情況。公式電通量的大小等于電場(chǎng)強(qiáng)度與穿過該面的面積的乘積，單位為牛頓米平方每庫(kù)侖。4.2高斯定理及其應(yīng)用高斯定理的應(yīng)用高斯定理是電磁學(xué)中一個(gè)重要的定理。它建立了電場(chǎng)和電荷分布之間的關(guān)系。計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度通過高斯定理，我們可以計(jì)算出對(duì)稱電荷分布產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度。分析電場(chǎng)分布高斯定理可以幫助我們分析和理解電場(chǎng)在不同形狀的電荷分布中的分布規(guī)律。電荷守恒定律高斯定理與電荷守恒定律相輔相成，是理解電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)。4.3高斯面的選擇形狀高斯面形狀要與對(duì)稱性相匹配，便于計(jì)算電通量。位置高斯面要包含需要計(jì)算的電荷，確保電場(chǎng)穿過高斯面。方向高斯面與電場(chǎng)方向一致，方便計(jì)算電通量。5.等電位面和電勢(shì)電勢(shì)面是電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)所組成的面，電勢(shì)是描述電場(chǎng)能量的一種物理量，它與電場(chǎng)力做功有關(guān)。5.1等電位面的定義11.等電位面是指電場(chǎng)中所有電勢(shì)相等的點(diǎn)所構(gòu)成的面。22.電場(chǎng)力在等電位面上，電場(chǎng)力做功為零。33.電勢(shì)差等電位面上任意兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差為零。44.電場(chǎng)線電場(chǎng)線總是垂直于等電位面。5.2電勢(shì)的定義和計(jì)算電勢(shì)是描述電場(chǎng)能的物理量，表示單位正電荷在電場(chǎng)中從某點(diǎn)移動(dòng)到參考點(diǎn)所做的功。電勢(shì)通常以伏特(V)為單位，參考點(diǎn)一般選擇無窮遠(yuǎn)處或接地。V電勢(shì)電勢(shì)是指單位正電荷在電場(chǎng)中從某點(diǎn)移動(dòng)到參考點(diǎn)所做的功W功電勢(shì)能的變化量q電荷單位正電荷5.3等電位面和電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系垂直關(guān)系等電位面與電場(chǎng)線相互垂直。這意味著，沿著等電位面移動(dòng)不會(huì)改變電勢(shì)，因此電場(chǎng)力也不會(huì)做功。電場(chǎng)強(qiáng)度大小電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與等電位面之間的距離成反比。等電位面之間的距離越小，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，反之亦然。電場(chǎng)方向電場(chǎng)線總是從高電勢(shì)指向低電勢(shì)，因此電場(chǎng)方向與等電位面法線方向一致。6.電勢(shì)能電勢(shì)能是電場(chǎng)中電荷所具有的能量。它描述了電荷在電場(chǎng)中由于電場(chǎng)力做功而具有的能量，反映了電荷在電場(chǎng)中的位置能量。6.1電勢(shì)能的概念定義電勢(shì)能是指電荷在電場(chǎng)中具有的能量。電勢(shì)能的大小與電荷的電荷量和電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，與電荷在電場(chǎng)中的位置有關(guān)。舉例例如，一個(gè)帶正電的電荷在另一個(gè)帶正電的電荷周圍的電場(chǎng)中，它將具有正的電勢(shì)能。如果這兩個(gè)電荷相互吸引，則電荷的電勢(shì)能將為負(fù)。6.2電勢(shì)能的計(jì)算電勢(shì)能是指電荷在電場(chǎng)中由于其位置而具有的能量。電勢(shì)能的大小取決于電荷的電荷量、電場(chǎng)強(qiáng)度和電荷的位置。電勢(shì)能的計(jì)算公式為：W=qU其中：W是電勢(shì)能，單位為焦耳(J)q是電荷量，單位為庫(kù)侖(C)U是電勢(shì)，單位為伏特(V)6.3電勢(shì)能與電場(chǎng)能的轉(zhuǎn)化電勢(shì)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化電荷在電場(chǎng)力作用下移動(dòng)，電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。電場(chǎng)能向電勢(shì)能轉(zhuǎn)化電荷克服電場(chǎng)力移動(dòng)，電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能。轉(zhuǎn)化過程電勢(shì)能和電場(chǎng)能的轉(zhuǎn)化是一個(gè)相互依存的過程。7.電容和電容器電容是衡量電容器儲(chǔ)存電荷能力的物理量。電容器由兩個(gè)相互靠近的導(dǎo)體構(gòu)成，導(dǎo)體之間通常用絕緣介質(zhì)隔開。電容器能夠儲(chǔ)存電荷，并在電路中發(fā)揮重要作用。7.1電容的概念電容的定義電容器是儲(chǔ)存電荷的裝置，由兩個(gè)相互絕緣的導(dǎo)體構(gòu)成。電容是衡量電容器儲(chǔ)存電荷能力的物理量。電容的定義公式電容等于電容器兩極板上的電荷量與其電勢(shì)差的比值。電容的單位為法拉（F）。7.2電容器的工作原理1接通電源電源為電容器充電2極板帶電兩極板分別帶上等量異種電荷3形成電場(chǎng)兩極板間形成穩(wěn)定的電場(chǎng)4儲(chǔ)存電能電場(chǎng)中儲(chǔ)存著電能電容器的工作原理是利用電荷在電場(chǎng)中的積累來儲(chǔ)存電能。當(dāng)電容器兩端加上電壓時(shí)，電容器兩極板會(huì)分別帶上等量的異種電荷。電荷之間的相互作用會(huì)形成電場(chǎng)，電場(chǎng)中儲(chǔ)存著電能。當(dāng)電容器斷開電源后，電場(chǎng)依然存在，儲(chǔ)存的電能可以被釋放出來。7.3電容器的種類及應(yīng)用平行板電容器最常見類型，由兩塊平行金屬板組成。圓柱形電容器由兩個(gè)同心圓柱形導(dǎo)體組成，常用于電子電路中。球形電容器由兩個(gè)同心球形導(dǎo)體組成，用于高壓電路或測(cè)量?jī)x器。可變電容器可以改變其電容大小，用