大學(xué)物理靜電場課件

第八章靜止電荷的電場主要內(nèi)容描述靜電場的兩個基本物理量：電場強度和電勢靜電場的兩個基本定理：高斯定理和環(huán)流定理電勢與電場的關(guān)系

相對于觀察者為靜止的電荷稱為靜電荷。它在空間所產(chǎn)生的場為靜電場，它是電磁場的一種特殊狀態(tài)。重點討論真空中的靜電場。第八章靜止電荷的電場主要內(nèi)容相對于觀電相互作用庫侖定律靜電場穩(wěn)恒電場電場強度電通量高斯定理環(huán)路定理電勢靜電場的基本性質(zhì)與帶電粒子的相互作用導(dǎo)體的靜電平衡電位移矢量介質(zhì)中高斯定理電介質(zhì)極化電場能靜電力疊加原理電容結(jié)構(gòu)框圖電相互作用庫侖定律穩(wěn)恒電場電場強度電通量高斯定理環(huán)路定理電勢重點真空中的庫侖定律點電荷的概念電場強度矢量場強疊加原理難點電場強度矢量的計算（疊加法）重點§8.1靜電的基本性質(zhì)一、電荷的極性電荷的概念

把帶電體所帶的電稱為電荷。正電荷和負(fù)電荷物體帶電的方法++AB++AB++AB①、接觸起電（電荷的轉(zhuǎn)移，電子的轉(zhuǎn)移）②、感應(yīng)起電+AB-+C-+AB+C③、摩擦起電§8.1靜電的基本性質(zhì)一、電荷的極性物體帶電的方法++二、電荷的守恒性

在一個孤立的帶電系統(tǒng)中（即沒有凈電荷通過其界面），無論發(fā)生怎樣的物理過程，系統(tǒng)所具有的正負(fù)電荷電量的代數(shù)和總是保持不變。——電荷的守恒定律電荷的運動不變性

一個電荷的電量與它的運動狀態(tài)無關(guān)，即系統(tǒng)所帶電荷與參考系的選取無關(guān)。物體帶電的本質(zhì)

兩種物體間發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移。即一物體失去電子帶正電，另一物體得到電子帶負(fù)電。三、電荷的量子性電量

電荷的量子性密立根油滴實驗二、電荷的守恒性四、庫侖定律電性力

同號電荷相斥，異號電荷相吸。這種相互作用稱為電性力。1785年

法國物理學(xué)家?guī)靵觯–.A.Coulomb）扭秤實驗點電荷（理想模型）

當(dāng)帶電體的大小和帶電體之間的距離相比很小時，這種帶電體就可看作點電荷。（忽略其形狀和大?。┱婵罩械膸靵龆墒噶渴剑核?、庫侖定律真空中的庫侖定律矢量式：目的：使后面的大量電磁學(xué)公式不出現(xiàn)因子。引入真空電容率(1986年推薦值)：目的：使后面的大量電磁學(xué)公式不出現(xiàn)因子。引入真空電容率P?q0q1???q2qN?Qdqq0?P②、帶電體------矢量積分①、點電荷系------矢量和(平行四邊形法則)庫侖力符合矢量疊加性那么電荷之間的作用是通過什么作用的呢？P?q0q1???q2qN?Qdqq0?P②、帶電體-§8.2電場和電場強度一、電場場論觀點（法拉第）

沒有物質(zhì)，物體之間的相互作用是不可能發(fā)生的。根據(jù)場論觀點：（1）特殊媒介物質(zhì)——電場相互作用電荷電荷電場電荷電荷電場激發(fā)電場力（2）電場力（3）電場是物質(zhì)的一種特殊形態(tài)，不僅存在于帶電體內(nèi)，而且存在于帶電體外，彌漫在整個空間?！?.2電場和電場強度一、電場根據(jù)場論觀點：相互作用電靜電場

靜止電荷周圍的電場稱為靜電場（該電荷稱為場源電荷）。（1）靜電場僅是電磁場的一種特殊形態(tài)。（2）電磁場與實物物質(zhì)一樣具有質(zhì)量、能量、動量等。（3）電磁場可同時在空間疊加。靜電場的重要表現(xiàn)用、來分別描述靜電場的上述兩項性質(zhì)（1）場中任何帶電體都受電場力作用—

動量傳遞（2）帶電體在電場中移動時，場對帶電體做功—能量傳遞(3)靜電場對放在其中的導(dǎo)體有感應(yīng)作用，對置于其中的電介質(zhì)有極化作用靜電場二、電場強度場源電荷：產(chǎn)生電場的點電荷、點電荷系、或帶電體.引入試驗電荷

——點電荷（電量足夠小，不影響原電場分布）定義：電場強度（場強）

電場中某點的電場強度在量值上等于放在該點的單位正試驗電荷所受的電場力，其方向與正試驗電荷受力方向一致。二、電場強度定義：電場強度（場強）電場中一般情況：——（為空間矢量點函數(shù)。）單位（SI）：1、點電荷的場強根據(jù)庫侖定律，有+q-q本章的重點一般情況：——（為空間矢量點函數(shù)。）單位（SI）：1、點電荷2、點電荷系的場強

設(shè)場源由

n

個點電荷組成，作用在場中某點P處試驗電荷上的力為各點電荷所產(chǎn)生的力的矢量和。場強疊加原理2、點電荷系的場強設(shè)場源由n個點電荷分量式：大小：方向：

點電荷系在某點產(chǎn)生的場強，等于每一個點電荷單獨存在時在該點分別產(chǎn)生的場強的矢量和?！獔鰪姱B加原理點電荷系的電場強度公式分量式：大小：方向：點電荷系在某點產(chǎn)生的場強電荷體密度電荷面密度電荷線密度3、電荷連續(xù)分布帶電體的場強分布P電荷體密度電荷面密度電荷線密度3、電荷連續(xù)分布帶電體的場強分三.計算場強分布的基本方法由定義求.由高斯定理求.計算方法由點電荷公式和疊加原理求.由與的關(guān)系求.基本方法：已知場源電荷分布將帶電體看成許多點電荷的集合原則上可求出任意場源電荷的場強分布點電荷場強公式和場強疊加原理三.計算場強分布的基本方法由定義求.由高斯定理求.計2.點電荷系1.點電荷場強公式3.連續(xù)帶電體球?qū)ΨQ分布2.點電荷系1.點電荷場強公式3.連續(xù)帶電體球?qū)ΨQ分布例1.電偶極子的電場是由電介質(zhì)極化，電磁波的發(fā)射、接收，中性原子間相互作用……總結(jié)出的理想模型.分子分子無外場電偶極子：相距很近的等量異號電荷描述其性狀－電偶極矩：例1.電偶極子的電場是由電介質(zhì)極化，電磁波的發(fā)射、接收，分求電偶極子軸線延長線上的場強A

的場強-qqlXAxo解：E+E-求電偶極子軸線延長線上的場強A的場強-qqlXAxo解：E計算電偶極子中垂線上任一點B的場強。

-qqlrBEBE+E-解：因為r>>l所以計算電偶極子中垂線上任一點B的場強。-qqlrBEBE+E例2.均勻帶電細(xì)棒的電場。已知：電荷線密度場點求：

解：建立坐標(biāo)系取方向：與+x

夾角為大小：例2.均勻帶電細(xì)棒的電場。解：建立坐標(biāo)系取方向：與+x夾各電荷元在P點場強方向不同，應(yīng)該用分量積分：統(tǒng)一變量：各電荷元在P點場強方向不同，應(yīng)該用分量積分：統(tǒng)一變量：得：討論：對靠近直線場點如何？得：討論：對靠近直線場點如何？即理想模型—無限長帶電直線場強公式：練習(xí)：如圖所示已知：求：AB所受無限長帶電直線的力由對稱性可知場強方向垂直于帶電直線。即理想模型—無限長帶電直線場強公式：練習(xí)：如圖所示已知：解：建立如圖坐標(biāo).在AB上坐標(biāo)x處取電荷元無限長帶電直線在x處的場強dq受力大?。簩懗墒噶渴剑旱闹赶蛉Q于是同號還是異號.解：建立如圖坐標(biāo).在AB上坐標(biāo)x處取電荷元無限長帶電直線

例3.均勻帶電細(xì)圓環(huán)軸線上的電場求：已知：，場點例3.均勻帶電細(xì)圓環(huán)軸線上的電場求：已知：各電荷元在P

點方向不同，分布于一個圓錐面上，將分解為平行于x

軸的分量和在垂直于x

軸平面內(nèi)的分量由分布的對稱性可知各電荷元在P點方向不同，分布于一個圓錐面上，由討論：環(huán)心處討論：環(huán)心處例4、求均勻帶電圓盤軸線上任一點的電場。已知：q，R，xRrdr解：由例3均勻帶電圓環(huán)軸線上一點的電場xP例4、求均勻帶電圓盤軸線上任一點的電場。Rrdr解：由例3均討論：１.當(dāng)<<xR可視為點電荷的電場討論：１.當(dāng)<<xR可視為點電荷的電場２.當(dāng)xR>>無限大均勻帶電平面的場強，勻強電場２.當(dāng)xR>>無限大均勻帶電平面的場強，勻強電場ⅠⅡⅢ三個區(qū)域的電場強度E=？

用兩個平行帶電板靠近后，在兩極板之間就得到均勻電場，這就是獲得勻強電場的方法。ⅠⅡⅢ三個區(qū)域的電場強度E=？用兩個平行帶電板靠近后，在例4、無限大帶正電平面上有一個半徑為R的園洞，求平面外軸線上一點P的場強。PxR解：用挖補法所求P點的場強可認(rèn)為是無限大帶正電平面在P點產(chǎn)生場強