6静电场 下.ppt

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  一.电场线 电场方向:曲线上每一点的切向为该点的场强方向;   二.电通量 电通量:通过电场中任一给定面的电场线条数; 2.非均匀电场中: 高斯定理(1813年): 静电场中任一闭合曲面的电通量,等于该闭合曲面所包围的电荷的代数和除以?0 ,即 1、一个点电荷形成的电场中 a.包围点电荷q 的是球面, 且 q 处于球心处; 结论: b.包围点电荷q 的任意闭合曲面S 2.点电荷系q1、q2…qn电场中的任意闭合曲面 [例2]求均匀带正电球体内外的场强分布。(设球体半径为R,带电量为Q) [例4]求均匀带正电的无限大平面薄板的场强分布。(设电荷面密度为?)   §9-4 静电场的环路定理 电势能 二、电势能: 设Wa和Wb分别表示试探电荷q0在a点和b点的电势能   三.电势的计算 1.点电荷q 电场中的电势分布 2. 点电荷系电场中的电势 对q1、q2、?qn 构成的点电荷系 [例1]四个电量均为q 的点电荷,分别放在边长为a 的正方形的四个顶点上,求(1)正方形中心O 处的电势;(2)如果将试探电荷q0从无限远处移到O 点,电场力作功多少? [例2]试计算半径为R、均匀带电为q的细圆环轴线上任一点a处的电势。 [例4]求无限长均匀带电直线外任一点a 处的电势。(已知电荷线密度为?)   一.等势面:电势相等的点所组成的曲面 二.场强与电势的关系 设有两个等势面1和2,电势分别为U 和U+dU (dU 0) 时: 距直线r 处的场强大小为: 解:如图取一参考点b为电势零点; 取rb=1m,则Ub=0 讨论:r 1 m处,U 0;r 1 m处,U 0 §9-6 等势面 场强与电势的关系 等势面的性质: (1) (2)电场线指向电势降的方向 (3) 在等势面上移动电荷电场力做功为零 等势面 设P点处场强沿法向 将单位正电荷从P 移到Q 时电场力所作的功: ---场强某方向分量为电势沿该方向变化率的负值 * * §9-3 电通量、高斯定理 表示场强大小:电场线的疏密程度表示场强的大小; ∴dΦ = E dS⊥ 电场线的性质: a.电场线起于正电荷(或无限远处),终于负电荷(或无限远处),不会形成闭合曲线; b.两条电场线不会在空间相交。 1.均匀电场中: b.平面S 的法矢与场强成 ? 角 a.平面S与场强垂直 则 则 在S上任取一小面元dS b.当S 是一个闭合曲面时 : 对闭合曲面,自内向外为正方向 a.对任意曲面S 该闭合曲面S 称为高斯面; C.F. Gauss 高斯---- 数学王子 1777-1855, 德国物理学家、数学家、天文学家 三、 真空中静电场的高斯定理 推论:对以q为中心而 r不同的任意 球面而言,其电通量都相等; * 简证: 以 q 为中心作一球面S’ 通过S ’的电场线都通过S c.不包围点电荷q 的任意闭合曲面S ∵穿入、穿出S 的电场线数 相等 对一个点电荷q单独存在时的电场中 在S 内 在S 外 ---真空中静电场的 高斯定理 讨论: ?电场线从正电荷出发到负电荷终止,是不闭合的曲线; 1高斯定理表明:静电场是“有源场” 3 高斯面上的场强 是场空间的总场强,它与高斯面内外电荷都有关; 2∑q为高斯面内的一切电荷的代数和,即 闭合高斯面的电通量只与所包围正负电 荷代数和有关,与高斯面外电荷无关; 四.高斯定理应用举例 一般求解步骤: 1、先分析电场所具有的空间对称性质; 2、选择适当形状的闭合曲面为高斯面S; 3、计算通过高斯面的电通量(积分); 4、令电通量等于高斯面内的电荷代数和除以?o; 5、从等式中求出电场强度E。 [例1]求电量为Q 半径为R 的均匀带 电球面的电场强度分布 ?计算高斯面的电通量 取以球心 o 为心半径为r的球面为高斯面S 解:?带电球面的电场分布具有球对称性; ?根据高斯定理列方程 解方程 ?求过场点的高斯面内电量代数和 解方程得 均匀带电球面电场分布曲线 r E R 0 Q0: 的方向沿 的方向 Q0: 的方向与 的方向相反 解:带电球体的电场分布具有球对称性; 取以球心 o 为心半径为r的球面为高斯面S , S 高斯面内电量代数和 rR时: rR时: S 由高斯定理 Q0: 的方向沿 的方向 Q0: 的方向与 的方向相反 均匀带电球面电场分布曲线 结论: 解:以棒为轴作半径为r 高为h 的圆柱闭合面为高斯面 由高斯定理 方向:垂直于棒辐射向外 [例3]求均匀带正电的无限长细棒的场强分布。 (设棒的电荷线密度为?)

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