高二物理競(jìng)賽靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電流課件

靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電流在電荷移動(dòng)過(guò)程中，外力必須做功。外力做的功轉(zhuǎn)化為電能而儲(chǔ)存在電場(chǎng)中。孤立導(dǎo)體或電容器儲(chǔ)存的電能為

是孤立導(dǎo)體的電勢(shì)或電容器兩極板之間的電勢(shì)差

帶電系統(tǒng)周?chē)殡S有靜電場(chǎng)。實(shí)際上，帶電系統(tǒng)的能量?jī)?chǔ)存在整個(gè)電場(chǎng)空間中，是電場(chǎng)的能量。單位體積內(nèi)的電場(chǎng)能量，即能量體密度為整個(gè)電場(chǎng)空間的總能量

積分對(duì)整個(gè)電場(chǎng)所在的空間進(jìn)行

電流

電流是電荷的宏觀定向運(yùn)動(dòng)。

電流強(qiáng)度

是描述電流強(qiáng)弱的物理量，它是標(biāo)量，表示單位時(shí)間通過(guò)某一截面的電量電流密度

是描述電流分布細(xì)節(jié)的物理量，它是矢量，其大小等于通過(guò)與電荷移動(dòng)方向垂直的單位面積的電流強(qiáng)度，其方向?yàn)檎姾梢苿?dòng)方向電流密度矢量可計(jì)算通過(guò)任意面積的電流強(qiáng)度電流連續(xù)性方程

由電荷守恒定律，在單位時(shí)間內(nèi)，從任意閉合曲面內(nèi)流出的電荷等于該閉合曲面內(nèi)總電荷的減少電流穩(wěn)恒條件

穩(wěn)恒電流時(shí)，電荷分布不隨時(shí)間改變，因此

該式稱(chēng)為電流連續(xù)性方程。穩(wěn)恒電場(chǎng)同靜電場(chǎng)一樣，也是保守力場(chǎng)，可以引入電勢(shì)概念，它遵守高斯定理與場(chǎng)強(qiáng)環(huán)路定理等基本規(guī)律。由于導(dǎo)體內(nèi)部存在電流，導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不為零，導(dǎo)體不是等勢(shì)體。電源

要在導(dǎo)體中維持穩(wěn)恒電流、穩(wěn)恒電場(chǎng)，必須要有電源。電源是能夠提供非靜電力把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。電源的作用是能夠克服靜電力做功，迫使正電荷從低電勢(shì)處經(jīng)電源內(nèi)部移向高電勢(shì)處。不同電源，非靜電力做功的本領(lǐng)不同，常用電源電動(dòng)勢(shì)來(lái)表示

電源電動(dòng)勢(shì)在量值上等于非靜電力把單位正電荷從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到電源正極所能做的功。

非靜電力可表示成的形式。這理的稱(chēng)為非靜電場(chǎng)強(qiáng)，它在量值上等于單位正電荷所受的非靜電力。電源電動(dòng)勢(shì)還可表示為單位正電荷從電源負(fù)極移到正極非靜電力所做的功

在整個(gè)閉合回路上都存在非靜電場(chǎng)時(shí)

它表明電動(dòng)勢(shì)在量值上等于非靜電力使單位正繞閉合回路一周所做的功?；虻扔谘亻]合回路的線積分。歐姆定律的微分形式

導(dǎo)體內(nèi)部任意一點(diǎn)的電流密度與該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)有如下關(guān)系

為電導(dǎo)率

閉合電路的歐姆定律

閉合電路中，電流強(qiáng)度等于電源電動(dòng)勢(shì)的總和與總電阻之比

電源的端電壓電子氣

金屬中自由電子的運(yùn)動(dòng)與氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)類(lèi)似，稱(chēng)為電子氣

漂移速度

自由電子在外電場(chǎng)作用下本應(yīng)作定向加速運(yùn)動(dòng)，由于頻繁碰撞，形成近似的定向勻速運(yùn)動(dòng)，其平均速度(又稱(chēng)為電子的平均漂移速度)為由電子漂移速度可計(jì)算電流密度

為自由電子的數(shù)密度

為電子在兩次碰撞之間的平均時(shí)間

1．怎樣理解高斯定理?答：對(duì)于真空中的靜電場(chǎng)，高斯定理的數(shù)學(xué)表示為左邊是通過(guò)閉合面的的總通量，等于閉合面之內(nèi)所包圍的電荷的代數(shù)和除以。要注意，閉合面上各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度是閉合面內(nèi)、外所有電荷共同產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)，不僅僅是高斯面內(nèi)的電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)。

☆如果閉合面內(nèi)電荷代數(shù)和為零，只能說(shuō)明通過(guò)閉合面的電通量為零，而閉合面上各點(diǎn)卻不一定為零。高斯定理是反映靜電場(chǎng)性質(zhì)的基本定理之一，對(duì)任意的靜電場(chǎng)和任意形狀的閉合曲面都適用。

但在應(yīng)用高斯定理求場(chǎng)強(qiáng)時(shí)卻要求：

第一，電荷分布有高度對(duì)稱(chēng)性。第二，要選取合適的高斯面。使得由高斯定理能求出場(chǎng)強(qiáng)來(lái)。

☆2．電勢(shì)零點(diǎn)的選擇是完全任意的嗎?答：由定義來(lái)看，電勢(shì)只具有相對(duì)值，從這個(gè)意義上說(shuō)，電勢(shì)零點(diǎn)選擇是完全可以任意的。但是在理論研究中，往往要采用一些抽象模型，如無(wú)限大帶電體、點(diǎn)電荷等，在這種情形下，電勢(shì)零點(diǎn)應(yīng)該這樣選定，使得電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)具有確定的值。例如，無(wú)限大均勻帶電平面，由于電荷分布在無(wú)限范圍，就不能選無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)為零，通常選帶電平面本身的電勢(shì)為零。又如點(diǎn)電荷，因?yàn)殡姾杉性谝粋€(gè)點(diǎn)上，通常選無(wú)限遠(yuǎn)處為電勢(shì)零點(diǎn)。無(wú)限長(zhǎng)帶電直線的電勢(shì)零點(diǎn)既不能選在其本身上，也不能選在無(wú)限遠(yuǎn)處，只能選空間中的其他任意點(diǎn)?！?．能否單獨(dú)用電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)描述電場(chǎng)的性質(zhì)?

為什么要引入電勢(shì)?

答：能夠單獨(dú)用電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)描述電場(chǎng)的性質(zhì)。但是，引入電勢(shì)既可以從不同角度加深對(duì)電場(chǎng)的認(rèn)識(shí)，也可簡(jiǎn)化計(jì)算，因?yàn)殡妱?shì)是標(biāo)量，一般情況下計(jì)算比計(jì)算方便，求得后，根據(jù)電勢(shì)與場(chǎng)強(qiáng)的微分關(guān)系，即可得電場(chǎng)強(qiáng)度了☆4．電勢(shì)與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系式有積分形式和微分形式。計(jì)算時(shí)在怎樣的情況下用積分形式較方便。在怎樣的情況下用微分微分形式比較方便。答：電勢(shì)與場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系有微分形式

積分形式

當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)分布已知或帶電系統(tǒng)的電荷分布具有一定對(duì)稱(chēng)性，因場(chǎng)強(qiáng)宜用高斯定理求出，用積分形式計(jì)算電勢(shì)方便。當(dāng)帶電系統(tǒng)的電荷分布已知，電荷分布的對(duì)稱(chēng)性又不明顯時(shí)，宜用電勢(shì)疊加法

計(jì)算電勢(shì)，再用微分形式計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)。

☆5．假如電場(chǎng)力的功與路徑有關(guān)，定義電勢(shì)的公式還有沒(méi)有意義?

從原則上講，這時(shí)還能不能引入電勢(shì)的概念

答：假若電場(chǎng)力的功與路