基础物理真空中的静电场.ppt

教材《基础物理学》（下册）  梁绍荣，管靖 主编，高等教育出版社 成绩结构 第　四　篇 电磁学概述 一.研究对象 　　宏观电磁场的基本规律及带电物质之间的相互作用 二.电磁学的意义 理论基础：微观结构、物理性能，物理光学等 实际应用：电气化、自动化等等 三.电磁学的发展 现象本质，孤立统一，实验规律理论体系 辩证的发展过程 四.学习中应注意 抓主要矛盾，进一步掌握用高等数学的方法解决物理问题的基本思想 第十七章　真空中的静电场 静电场： 　相对于观察者静止的电荷激发的电场 17.1　电荷守恒定律 库仑定律 叠加原理 17.2　电场强度 17.3　高斯定理 17.4　环路定理 电势 17.1　电荷守恒 库仑定律 叠加原理 一.电荷守恒定律 电荷： 量度物体带电程度的量 　1.种类：“+”、“-”，同斥，异吸 　2.量子性： 3.电荷守恒定律：任何孤立体系的电量，即其正负电荷的代数和，在任何物理过程中保持不变. 17.1　电荷守恒 库仑定律 叠加原理 二.库仑定律： 　　描述点电荷间相互作用力的基本规律 17.1　电荷守恒 库仑定律 叠加原理 二.库仑定律： 　　描述点电荷间相互作用力的基本规律 二.库仑定律 例１.求两个?粒子(即氦核 )之间的库仑力与万有引力之比 17.2　电场强度 1.电场：存在于电荷周围空间的一种物质 1).静电场的主要表现 1)对引入其中的电荷有力的作用 2)电荷在其中运动时，电场力要对它作功 3)使引入其中的导体或电介质分别产生静电感应现象和电极化现象 2).历史上对电荷间相互作用的理解： “超距”， “以太”， “场” 17.2　电场强度 1.电场:存在于电荷周围空间的一种物质 2.电场强度 　　描述电场中某点电场 　性质的物理量 17.2　电场强度 1.电场:存在于电荷周围空间的一种物质 2.电场强度 　　描述电场中某点电场 　性质的物理量 4.电场强度的计算 1).点电荷的场强 作业： 17-3　　　 二.电场强度通量(电通量)：　　 .定义：通过电场中任一给定面的电场线的条数，即为该面的电通量 .计算： .均匀电场 .非均匀电场 .闭合面 五.利用高斯定理求静电场的分布 1. 用高斯定理求解电场强度的基本步骤 　1) 由电荷分布的对称性，分析电场分布的对称性：球对称、柱对称、面对称？ 　2) 选取适当的高斯面 　3) 应用高斯定理，求出电场强度 2. 应用举例 二.静电场的环流定理　　 　　在静电场中，场强沿任一闭合路径的线积分等于零 例1.求半径为R，带电量为Q的均匀带电圆环轴线上的电势分布 由高斯定理知，电场分布为 R 解： 例3. 求一均匀带电球面的电势分布。 P . 1.当rR 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 Ｕ 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。 一.电场线：为了形象地描述电场而引入的假想曲线。规定： .线上每一点的切向表示该点电场强度的方向 .通过垂直于电场线单位面积的电场线条数(电场线密度)等于该点的电场强度值，即： §17-3　高斯定理 电场线有什么特点呢？ 1）起于正电荷（或“?”远），止于负电荷（或“?”远）。 2）任何两条电场线不能相交。 3）电场线越密的地方，场强 越大；电场线越疏的地方， 场强越小。 电场线的作用： 表示电场的方向； 表示电场的强弱； 表示电场的整体分布。 电场线的特点： 的方向：法线方向(闭合面向外为正) 三.真空中的高斯定理 在真空中的任何静电场中，通过任一闭合曲面的电通量等于该闭合面所包围电荷代数和的 倍，而与闭合面外的电荷无关 §17-3　高斯定理 三.真空中的高斯定理 式中： ：封闭曲面的电通量 ：内外电荷共同产生的电场 ：封闭曲面包围的所有电荷 高斯定理与库仑定律等价 三.真空中的高斯定理 四.高斯定理的意义 .理论上，揭示了静电场是有源场的　基本性质 .应用上，提供了另一种求电场强度的　简便方法 高斯定理的应用 1. 均匀带电球面的电场 4. 均匀带电球体的电场 3. 均匀带电无限大平面的电场 2. 均匀带电圆柱面的电场 条件： 电荷分布具有较高的空间对称性 5. 均匀带电球体空腔部分的电场 r R + + + + + + + + + + + + + + + + q 例1. 均匀带电球面的电场，球面半径为R,带电为q。 电场分布也应有球对称性，方向沿径向。 作同心且半径为r的高斯面. r?R时，高斯面无电荷， 解： r 0 E R