大学物理-8.3电场力的功电势8.4场强与电势的关系.pptVIP

* * 课题: §8－3 电场的功 电势 §8－4 场强与电势的关系 教学目标： 1、正确理解电势的概念、物理意义，掌握环路定理及其应用 2、掌握电势的叠加原理及各种情况下电势的分布与计算 3、掌握电场强度和电势两者之间的关系 教学重点： 1、正确理解电势的概念、物理意义及其分布 2、正确理解环路定理及其应用 3、掌握点电荷、连续分布电荷的电势分布 教学难点： 1、环路定理的正确理解与应用 2、正确分析、计算连续分布电荷的电势 教学手段：多媒体教学与讲授相结合 课时安排：2课时 rb ? a b 1. 静电场力的功 q 电荷在电场中移动时，电场力要对电荷做功，说明电场具有能量。 1.1 点电荷电场中 试验电荷q0从a点经任意路径到达b点。 q 0 在路径上任一点附近取元位移 r r+dr dr ra §8－3 电场的功 电势 1.2 任意带电体系的电场中 将带电体系分割为许多电荷元，根据电场的叠加性 电场力对试验电荷q0做功为 总功也与路径无关 试验电荷在任意给定的静电场中移动时，电场力对q0做的功仅与试验电荷的电量及路径的起点和终点位置有关，而与具体路径无关。 静电场是保守场，静电场力是保守力。 1.3 静电场的环路定理 安培 a b c d q0沿闭合路径 acbda 一周电场力所作的功 即静电场力移动电荷沿任一闭和路径所作的功为零。 在静电场中，电场强度的环流恒为零。 ——静电场的环路定理 静电场的两个基本性质：有源且处处无旋 2.电势 2.1 电势能 保守力的功=相应势能的减少 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 所以 静电力的功=静电势能增量的负值 b点电势能 电荷分布在有限区域时， 定义电势差 电场中任意两点 的电势之差（电压） 2.2 电势 电势差 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(电势零点)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。 定义电势 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。 当电荷分布在有限区域时，一般选无穷远处为电势零点； 当电荷分布在无限区域时，应选有限参考点为电势零点； 3.电势的计算 1.1 点电荷的电势 点电荷的电场 1.2 点电荷系的电势 1.3 连续分布带电体的电势 q3 q1 r1 r2 V r + q2 q4 r3 r4 P 例1 半径为R的均匀带电薄圆盘轴线上的电势分布。 解：以O为圆心，取半径为L?L+dL的薄圆环，带电量 dq=?ds=? ?2? L ?dL ,圆环 到P点距离 P点电势： O L dL P x R 例2：计算电偶极子电场中任一点的电势。 式中r+与r-分别为+q和-q到P点的距离，由图可知 y P x +q -q ? re/2 re/2 O r+ r－ r 解：设电偶极子如图放置，电偶极子的电场中任一点P 的电势为 因此 由于r re ，所以P点的电势可写为 R 解：由高斯定理知，电场分布为 例3 求一均匀带电球面的电势分布。 P . （1）当r R 时 （3）电势分布 （2）当r R 时 r 电势分布曲线 场强分布曲线 E V R R r r O O 结论：均匀带电球面，球内的电势等于球表面的电势，球外的电势等效于将电荷集中于球心的点电荷的电势。 μ r－1 μ r－2 点电荷的等势面 1. 等势面 在静电场中，电势相等的点所组成的面称为等势面。 1.1 典型等势面 §8-4 等势面 电场与电势梯度的关系 电偶极子的等势面 + 电平行板电容器电场的等势面 + + + + + + + + + 1.2 等势面与电场线的关系 在等势面上移动不作功 q0在等势面上移动, E d l 与 成 角。 θ θ E d l q0 S 即 E d l ? 电力线与等势面垂直 1.3 等势面图示法 等势面画法规定：相邻两等势面之间的电势间隔相等。 U U+?U U+2?U U+3?U 2. 场强与电势的关系 电势梯度 2.1 电势梯度 在电场中任取两相距很近的等势面1和2， 1 U U+dU 2 P1 n P2 P3 ? 电势分别为U和U+dU，且dU0 等势面1上P1点的单位法向矢量为 n 与等势面2正交于P2点。 在等势面2任取一点P3 ，设 则 定义