大学物理第五版第五章静电场马文蔚.ppt

第五章 静电场5-1电荷的量子化  电荷守恒定律 电磁能的特点和优势： 电容器最基本的工作原理是充放电，电容器充电后两极板间的电荷作用力大小和方向？它们之间的作用力怎么实现？ 第五章 静电场5-2 库仑定律 库仑力的叠加 第五章 静电场5-3 电场强度 人与人相互作用力： 一 静电场 二 电场强度 三 点电荷电场强度 电荷连续分布的电场 电荷连续分布的电场 电荷连续分布的电场 五 电场强度的计算 （1）轴线延长线上一点的电场强度 （2）轴线中垂线上一点的电场强度 第五章 静电场5-4 电场强度通量 高斯定理 ( 1777?1855） 第五章 静电场5-6 静电场的环路定理 电势能 第五章 静电场5-7 电势 第五章 静电场5-8 电场强度与电势梯度 静电场的环路定理 在静电场中，场强沿任意闭合路径的线积分（称为场强的环路）恒为零。 该定理还可表达为：电场强度的环路等于零。 任何力场，只要其场强的环流为零，该力场就叫保守力场或势场。 综合静电场高斯定律和环路定理，可知静电场是有源的保守力场，又由于电场线是不闭合的，既形不成旋涡的，所以静电场是无旋场。 三、电势能 静电场力所做的功就等于电荷电势能增量的负值. 电场力做正功，电势能减少. 静电场是保守场，静电场力是保守力。 保守力必有相应的势能，对静电场则为电势能。 令 试验电荷q0在电场中某点的电势能，在数值上等于把它从该点移到零势能处静电场力所作的功. (1) 电势能应属于 q0 和产生电场的源电荷系统所共有。 (3) 选电势能零点原则： (2) 电荷在某点电势能的值与电势能零点有关,而两点的差值与电势能零点无关 实际应用中取大地、仪器外壳等为势能零点。 当(源)电荷分布在有限范围内时，一般选无穷远处。 无限大带电体，势能零点一般选在有限远处一点。 说明 与q0无关，只与 一 电势 电势定义 a点电势 电势零点的选取： 物理意义： 把单位正电荷从点A移到无限远处时静电场力作的功. 有限带电体以无穷远为电势零点，实际问题中常选择地球电势为零. 将单位正电荷从A 移到B 时电场力作的功 电势差 静电场力的功 说明 （1）电势能的值与电荷q0 有关。它是电场和电荷整个系统共有的，它并不直接描述电场中某一点的性质. 电势与q0无关，只决定于场源的情况以及场中给定的位置。 电势和场强一样是反映电场本身客观性质的物理量。 （2）电势是标量。 （3）电势只有相对意义，而电势差才有绝对意义。 (4) 如果场源电荷分布在有限空间，则可选取无穷远处为零电势点。（如果场源电荷分布在无限空间，则只有在选取空间某一确定点为零电势点才有意义。） 原子物理中能量单位: 电子伏特eV 几种常见的电势差（V） 生物电 10-3 普通干电池 1.5 汽车电源 12 家用电器 110或220 高压输电线 已达5.5?105 闪电 108?109 点电荷的电势： 越低； 越远 距 V q V q , 0 , 0 越高。 越远 距 V q V q , 0 , 0 二 点电荷电场的电势 点电荷的电势是球对称的，对称中心在点电荷处； 电势是标量，正负与电荷及电势零点选择有关。 三 电势的叠加原理 点电荷系 ? 在点电荷系产生的电场中，某点的电势是各个点电荷单独存 在时，在该点产生的电势的代数和。这称为电势叠加原理。 dq r P 对于电荷元 按电势叠加原理，P点的总电势为 依据电荷分布特点将连续带电体分成许多电荷元，再根据电势叠加原理进行积分计算。 对于连续分布电荷 计算电势的方法 （1）利用电势的定义 已知在积分路径上 的函数表达式 有限大带电体，选无限远处电势为零. （2）利用电势叠加原理 解 建立如图坐标系，选取电荷元 dq 均匀带电圆环半径为R，电荷线密度为?。 例 圆环轴线上一点的电势 求 R P O x dq r 当x=0 时，即圆环中心O 处的电势为： 当x＞＞R 时， R P O x （另解 ）由电荷分布，先求出来电场强度的分布 取无穷远处为电势零参考点 E O x U x x dq R r 通过一均匀带电圆平面中心且垂直平面的轴线上任意点的电势. 半径为R 均匀带电球面，所带电量为＋q。 例 求 带电球面产生的电势分布 O R ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ P r 解 由电荷分布的球对称性，用高斯定