高二物理競賽靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電場(chǎng)課件

靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電場(chǎng)一、基本要求1．掌握靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的概念以及電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理和電勢(shì)疊加原理。掌握電勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度的積分關(guān)系，了解場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)的微分關(guān)系，能計(jì)算一些簡單問題中的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)。2．理解靜電場(chǎng)的規(guī)律(高斯定理和環(huán)路定理)。掌握用高斯定理計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度的條件和方法，并能熟練應(yīng)用。3．理解電容的定義及其物理意義?！?．了解靜電場(chǎng)的物質(zhì)性。理解電能密度的概念。在一些簡單對(duì)稱情況下，能計(jì)算靜電場(chǎng)里儲(chǔ)存的場(chǎng)能。5．了解導(dǎo)體的靜電平衡條件。6．了解介質(zhì)的極化現(xiàn)象及其微觀解釋。了解各向同性介質(zhì)中和之間的關(guān)系和區(qū)別。了解介質(zhì)中的高斯定理。7．理解電流強(qiáng)度和電流密度的概念。了解電流場(chǎng)、電流線和電流穩(wěn)橫條件。8．了解穩(wěn)恒電場(chǎng)的性質(zhì)。9．理解電動(dòng)勢(shì)的概念。能應(yīng)用歐姆定律計(jì)算簡單電路。10．了解金屬導(dǎo)電的電子理論。☆二、內(nèi)容提要1.電荷及電荷守恒定律電荷處于帶電狀態(tài)的物體稱為帶電體。物體帶電只有兩種：正電荷和負(fù)電荷。表示物體所帶電荷量值的物理量稱為電量?；镜碾姮F(xiàn)象是同種電荷相斥，異種電荷相吸。由物質(zhì)電結(jié)構(gòu)知：摩擦起電的本質(zhì)是兩種物體中產(chǎn)生了電子的轉(zhuǎn)移。每個(gè)電子的電量是目前實(shí)驗(yàn)觀察到的電荷的最小單位（），可見物體所帶電量不是以連續(xù)方式出現(xiàn)，而總以一個(gè)個(gè)不連續(xù)的量值出現(xiàn)，稱為電荷的量子化。所謂物體帶電，是指它的“凈電荷”，即物體內(nèi)包含的正電荷和負(fù)電荷的代數(shù)和。☆電荷守恒定律

電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，電荷只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。事實(shí)表明，在一個(gè)孤立系統(tǒng)內(nèi)，無論發(fā)生怎樣的物理過程，該系統(tǒng)電量的代數(shù)和總保持不變。它是物理學(xué)中基本定律之一?！?．庫侖定律真空中，兩個(gè)點(diǎn)電荷（和）之間的相互作用力的大小正比于兩者電量的乘積，反比于兩者距離的平方真空的介電常數(shù)

作用力方向沿兩點(diǎn)電荷連線，同種電荷相斥，異種電荷相吸?！?．電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)理論和實(shí)踐都已證明：電荷周圍空間伴隨有電場(chǎng)。電荷與電荷之間的相互作用是通過電場(chǎng)進(jìn)行傳遞的。電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力稱為電場(chǎng)力。庫侖力本質(zhì)上是電場(chǎng)力。電場(chǎng)也是一種客觀存在的物質(zhì)形態(tài)，它具有質(zhì)量、能量、動(dòng)量和角動(dòng)量。靜電場(chǎng)是相對(duì)觀察者靜止的電荷周圍空間產(chǎn)生的電場(chǎng)，它是電磁場(chǎng)的一種特殊形態(tài)。電場(chǎng)對(duì)外表現(xiàn)的性質(zhì)有：(1)對(duì)引入電場(chǎng)中的電荷有作用；(2)電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)電場(chǎng)力做功，這也表明電場(chǎng)具有能量。電場(chǎng)強(qiáng)度

電場(chǎng)強(qiáng)度是定量描述電場(chǎng)對(duì)電荷有作用力性質(zhì)的物理量。電場(chǎng)強(qiáng)度的定義為

在國際單位制中，電場(chǎng)強(qiáng)度的單位是牛頓／庫侖()。

為場(chǎng)中某點(diǎn)放置的試驗(yàn)電荷的電量；為在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力；為場(chǎng)中該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。

注意：(1)電場(chǎng)強(qiáng)度是表征電場(chǎng)中某一點(diǎn)電場(chǎng)力的特性的物理量，是矢量，其方向?yàn)檎囼?yàn)電荷在該點(diǎn)受力的方向，大小為單位正試驗(yàn)電荷在該點(diǎn)受力的大小。(2)場(chǎng)中一般是空間位置的函數(shù)，可表示為，通常，對(duì)電場(chǎng)中的不同點(diǎn)來說，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的大小和方向是不同的，這種電場(chǎng)稱為非均勻電場(chǎng)。特殊情況下，電場(chǎng)中不同點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向都相同，這樣的電場(chǎng)稱為均勻電場(chǎng)。場(chǎng)強(qiáng)疊加原理

在由若干個(gè)點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中，任一點(diǎn)的總場(chǎng)強(qiáng)等于各點(diǎn)電荷在該點(diǎn)單獨(dú)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算

由場(chǎng)強(qiáng)定義并應(yīng)用庫侖定律場(chǎng)強(qiáng)疊加原理，得到三種類型場(chǎng)源電荷產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式：(1)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)

(2)點(diǎn)電荷系的電場(chǎng)

(3)電荷連續(xù)分布的帶電體的場(chǎng)強(qiáng)對(duì)于連續(xù)帶電體，先把帶電體微分，將看作點(diǎn)電荷，求出點(diǎn)電荷在場(chǎng)點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度再矢量疊加帶電粒子在外場(chǎng)中所受的作用

當(dāng)帶電粒子可看成點(diǎn)電荷時(shí)，其在外電場(chǎng)中受力為電偶極子在均勻外電場(chǎng)中將受力矩作用

稱為電偶極矩；

為從指向的有向線段。

4．高斯定理及應(yīng)用電場(chǎng)線(又稱電力線)

電場(chǎng)線是形象描述電場(chǎng)分布的一簇空間曲線。電場(chǎng)線上任一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的方向，電場(chǎng)線分布的疏密程度表示該處場(chǎng)強(qiáng)的大小。電通量

設(shè)想在電場(chǎng)中有一個(gè)曲面，定義一個(gè)物理量

稱為通過該曲面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量。

也可以形象地說為穿過該曲面的電場(chǎng)線“數(shù)目”

是曲面上的面積元的矢量表示

通過任意封閉曲面的電通量為規(guī)定的方向?yàn)槊娣e元的外法線方向。

因此，電場(chǎng)線從封閉曲面內(nèi)向外穿出時(shí)電通量為正值，電場(chǎng)線從封閉曲面外穿進(jìn)時(shí)電通量為負(fù)值。高斯定理