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三、有导体存在的静电场场强与电势的计算 电荷守恒定律 静电平衡条件 分析方法: 电荷分布 高斯定理 U 例: 一个半径为R的接地导体球,距球心d处有一点电荷q,求导体球上感应电荷总量 d q 解:q在球心产生的电势为: 设球面上感应电荷总量为q/ , 在球心产生的电势为: 因为球接地, 球心电势 U=0 四、电介质的极化 电介质通常是指不导电的绝缘物质. 1.两类电介质分子 无极分子:分子正、负电荷的“中心”是重合的 甲烷 CH4 C H+ H+ H+ H+ 分子电偶极矩 有极分子:其正、负电荷的“中心”也不重合 水分子H2O O-- H+ H+ 正电荷中心 负电荷中心 2.电介质的极化机制 无极分子位移极化 宏观效应 无外场时呈电中性 有外场时出现极化电荷 有极分子转向极化 θ 宏观效应 无外场时呈电中性 有外场时出现极化电荷 四、高斯定理的应用 高斯定理解题应注意: 适用对象: 有球、柱、平面对称的某些电荷分布 解题步骤: (1) 首先分析场源的对称性 (2) 选取一个合适的高斯面 (3) 由高斯定理求 E (1) 利用高斯定理求某些电通量 例:设均匀电场 和半径R为的半球面的轴平行, 计算通过半球面的电通量。 (2) 当场源分布具有高度对称性时求场强分布 步骤: 1.对称性分析,确定 的大小及方向分布特征 2.作高斯面,计算电通量及 3.利用高斯定理求解 例: 均匀带电球面的电场。已知R、 q0 R 解: 对称性分析 具有球对称 r 作高斯面——球面 rR 电通量 电量 用高斯定理求解 r R R r E 0 R 例: 均匀带电球体的电场。已知q,R 解: rR r 电通量 电 量 高斯定理 场强 rR r 高斯面 场强 均匀带电球体电场强度分布曲线 O r E R 例:无限长均匀带电圆柱面的电场 解:设其电荷面密度为l l 分析场源的对称性 取一合适的高斯面 等效于将全部电荷集中在轴线上的无限长直带电线的场 例:无限大均匀带电平面的电场 解:设其电荷面密度为σ 分析场源的对称性 取一合适的高斯面 §7.3 电场力的功 电势 一、电场力的功 E dl a b 点电荷 点电荷系 电场力的功只与始末位置有关,而与路径无关,电场力为保守力,静电场为保守场。 二.静电场的环流定理 a b c d q0沿闭合路径 acbda 一周电场力所作的功 静电场中,电场强度沿闭合路径的线积分等于零。 说明: 1.静电场的环流定理说明静电场为保守场 2.高斯定理说明静电场为有源场,环流定理说明静电场为无旋场 (静电场的电场线不能闭合) 。 三.电势能 b点电势能 则a?b电场力的功 Wa属于q0及 系统 试验电荷 处于 a点电势能 注意 保守力做功等于相应势能的减少 所以 ,静电力的功=静电势能增量的负值 四. 电势、电势差 电势差 电场中任意两点 的电势之差(电压) 单位正电荷在该点所具有的电势能 单位正电荷从该点到无穷远点(电势零)电场力所作的功 a、b两点的电势差等于将单位正电荷从a点移到b时,电场力所做的功。 电势定义 将电荷q从a?b电场力的功 注意 (1) 电势是相对量,电势零点的选择是任意的。 (2) 两点间的电势差与电势零点选择无关。 (3) 电势零点的选择。 五.电势的计算 电势计算的两种方法: 1. 按电势定义计算 已知的场强分布 点电荷电场中的电势 q a 以q为球心的同一球面上的点电势相等 U 0 r q 0 q 0 2. 电势叠加原理 根据电场叠加原理场中任一点的 若场源为q1 、q2 ??qn的点电荷系 场强 电势 各点电荷单独存在时在该点电势的代数和 点电荷系的电势 有限大小连续带电体的电势 例: 求电偶极子电场中任一点P的电势 由叠加原理 其中 例: 计算均匀带电球面电场中的电势分布。球半径为R、总电量为q。 R a1 a2 解:根据高斯定理 求电场的分布 r R E=0 r R 根据定义 求电势分布 设r=∞处的 U0=0时 r ? R时 r 均匀带电球面在外部空间的电势分布与全部 电荷集中在球心的点电荷的电势分布一样。 r<R时 有人说: 因 E内= 0 , 所以U内 = 0. 对不对? 均匀带电球面的内部空间是等电势空间。 六、等势面 1.定义: 电场中电势相同的各点组成的曲面 画法:规定相邻等势面之间的电势差为常数。 5V 15V 20V 等势面 电场线 电偶极子的等势面 2.等势面的性质 (1) 在任何静电场中,等势面与电场线处处正交 q在等势面上任意从a移到b, 令q在面上有元位移 (2)
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