电场强度通量和高斯定理分析.ppt

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第七章 静电场 物理学教程 (第二版) 第七章 静电场 一、电场线 (电场的图示法) (1) 曲线上每一点切线方向为该点电场方向, (2) 通过垂直于电场方向单位面积电场线数为 该点电场强度的大小. 规 定 §3、电通量、高斯定理 点电荷的电场线 正 点 电 荷 + 负 点 电 荷 一对等量异号点电荷的电场线 + 一对等量正点电荷的电场线 + + 一对不等量异号点电荷的电场线 带电平行板电容器的电场线 + + + + + + + + + + + + 静电场线特性 (1) 始于正电荷,止于负电荷(或来自无穷远, 去向无穷远). (2) 电场线不相交. (3) 静电场电场线不闭合. 二、电场强度通量(电通量) 1、定义:通过电场中某一个面的电场线数叫做通过这个面的电通量 . 通过面元 的电通量 与面元 夹角 定义面元矢量: 通过某一面元 的电通量等于该面元所在处的电场强度 与该面元矢量 的标积: 电通量是代数量 通过有限大曲面 的电通量 曲面上各处面元法线正方向的取法: ①、对于不闭合的曲面,面上各处的法线正方向可以任意选取指向曲面的这一侧或那一侧。 ②、对于闭合的曲面,由于它把整个空间分为内外两个部分,一般规定由内向外的方向为各面元法线的正方向。 闭合曲面的电场强度通量 当电场线由闭合曲面内部穿出时 : 当电场线由闭合曲面外部穿入时: 一条电场线连续通过闭合曲面,它对闭合曲面的电通量贡献为零 三、高斯定理 在真空中,通过任一闭合曲面的电场强度通量,等于该曲面所包围的所有电荷的代数和除以 . (与面外电荷无关,闭合曲面称为高斯面) 请思考:(1)高斯面上的 与那些电荷有关? (2)哪些电荷对闭合曲面S 的 有贡献? + 点电荷位于球面中心 高斯定理的导出 高斯 定理 库仑定律 电场强度叠加原理 发出的 条电场线仍全部穿出封闭 曲面 S ,即: + 点电荷在任意封闭曲面内 点电荷位于球面中心 点电荷在封闭曲面之外 由多个点电荷产生的电场 高斯定理 (1)高斯面上的电场强度为所有内外电荷的总电场强度. (4)仅高斯面内的电荷对高斯面的电场强度通量有贡献. (2)高斯面为封闭曲面. (5)静电场是有源场. (3)穿进高斯面的电场强度通量为负,穿出为正. 总 结 在点电荷 和 的静电场中,作如下的三个闭合面 求通过各闭合面的电场强度通量 . 讨论 将 从 移到 点 电场强度是否变化? 穿过高斯面 的 有否变化? * 四、高斯定理的应用 利用高斯定理求场强的过程主要包含以下几个步骤: 1、 分析带电体产生的电场是否具有某种空间的对称性: 球对称性:点电荷、球电荷、球面电荷、球壳电荷等产生的电场。 轴对称性:无限长线电荷、柱电荷、筒电荷产生的电场。 平面对称性:无限大平面电荷、平板电容器电场等。 2、根据场强分布的对称性特点,选取适当形状的高斯面 场强呈球对称分布:高斯面取球面,其球心与带电体的球心重合。 场强呈轴对称分布:高斯面取圆柱面,其中心轴与电荷分布的中心轴重合。 场强呈平面对称分布:高斯面取圆柱面或方柱面,两底面平行于带电平面且对称地分布在带电平面的两侧。 3、高斯面的选择要求:①电通量不为零的面上,电场强 度处处相等,且处处与面垂直;② 不与 垂直的面 上,其上的电通量为零。 例2:求均匀带电球面的电场强度分布,已知球面半径为 ,所带电量为 。 此高斯面包围的电量为: 当 由高斯定理得: 所以 当 第七章 静电场 物理学教程 (第二版) 第七章 静电场

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