静电场
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课件92张PPT。第三编 电磁学 返回电磁学在科学与技术中的广泛应用。它是基础学科的基础；技术学科和应用学科的基础；近代测试手段的基础；交叉学科与前沿学科的基础和信息科学的基础。电磁学是经典物理学的重要组成部分，它研究宏观领域内的电磁现象和规律性。电磁运动是物质运动的一种基本形式。人类很早就接触和认识了电磁现象。到十八世纪，开始了电荷间的定量研究。1785年的库仑定律，使电学的研究进入了科学的行列。到1820年奥斯特发现了电流的磁效应，同年安培发现了磁铁对电流的作用，不仅认识了磁源的本质，而且开始认识到电和磁的关系。1831年法拉第发现的电磁感应定律，使人们对电和磁的关系有了更深刻的认识。法拉第最早提出了电场和磁场的观点，认为电力和磁力二者是通过场起作用的。1865年，麦克斯韦建立了系统的电磁场理论，并预言光是一种电磁波，电磁作用以波的形式传播。1888年，赫兹验证了电磁波的存在。1895年波波夫和马可尼分别实现了无线电通讯。至此，建立了经典电磁学理论。音乐电学美通讯技术电力工程与技术第一节 电 荷 库 伦 定 律一.物质电结构 电荷守恒定律近代物理理论预言，基本粒子如：层子及夸克电量为 电荷即不能创生，也不能消灭，在电荷的运动和转移中，总电量守恒。大量电子或质子的集合，电荷堆积，或转移，形成带电体。 二 库伦定律点电荷模型：解释第 二 节 电 场 电 场 强 度 及 其 计 算 1 超距作用 电荷之间的相互作用可以超越空间直接而瞬刻的实现2 近距作用(弹性以太）错误观点。以太二 电场近代物理学的观点场的观点电场对电荷作用28三.场强的计算
1.基本方法 （1）点电荷的场强（2）点电荷组的场强 结论：空间某点处的场强等于各个点电荷在该处所产生的场强的矢量和。称为场的叠加原理。在P点放一试探电荷电场叠加矢量图说明。（3）连续带电体的场强点的场强如何求。求解此类问题的物理思想和数学思想。带电体上所有电荷在P点场为例 6—1 求电偶极子的场强。解由于二场强共线，故用代数式计算即可。矢量式2 求电偶极子中垂线上一点的场强。则假定带电直线是无限长， 若 时，上述结果化简为解： 借用上题结果求解本题。 *** 本题的主要特点是：以简单问题的结论为基础求复杂问题。这是电磁学部分中的一种十分重要的计算方法。若 ，即把圆盘视为无限大均匀带电平板时，无限大的均匀带电板的场强分部图场强的方向场强的方向场强的大小例 6—5如图，求均匀带电的圆弧线在圆心处的场强。显然，不同的电荷元在 点的场方向不同，故不可直接积分上式。据场的对称性， 点场为则板上所有电荷在p点产生的场强为计算略。 第三节 电力线 电通量 高斯定律及其应用一.电力线点电荷无限大均匀带电板无限长均匀带电直线作用 1.表示场强的方向
2.表示场强的大小可见，力线的疏密度与场强的大小有关。均匀场则通过闭合面的电通量规定法线指向外侧为正，如图示。 可见，穿入闭合面的电力线（即电通量）为负，而穿出时为正。通量为代数量。 三.高斯定律先来计算通过几个闭合面的电通量。计算此闭合面的电通量。 由于面元法线与场强方向处处一致。故通过球面的电通量为 因为穿过任意闭合面上的电力线的数目与穿过球面上的电力线数目相同，所以由于穿入为负，而穿出为正，二者数目相同，故例题例题 场的特点：球对称场。球面内：球面外：*** 本题还可用何法求解。 解 ：分析知场对中心对称分布。故可以作三个不同的高斯面。例 6—11 求如图同心带电球壳的场强分布。 解：不难想出，无限长均匀带电柱面的场与无限长均匀带电直线的场的分部类似：即场的方向由轴线出发，成辐射状，由带电体的对称性，可知场的大小关于轴线对称。R*** 柱外场形式上同无限长均匀载荷线的场*** 若为无限长均匀带电柱体时，如何求场强分布。例 6—12 求无限大均匀带电板外一点的场强。 解：可以直观判断，场强的方向与板面垂直, 且关于板面对称,因此,选如图所示的圆柱型高斯面。又由于柱的母线与场强平行,通过柱侧面的通量为零,因而均匀场。用高斯定律求解场强的步骤：
1 判定场的方向。
2 场具有对称性。
3 选合适的高斯面过研究点。
4 解出场强的大小。 由本题的分析和结果可知，用高斯定律仅可求特殊情况下的场强的大小。 例 6—13 如右图所示,带异 号电荷的二无限大平板平行放置。分析场的分布。题解 ：（略）*** 阶段总结求场强的方法第四节 电场力的功 电势能 电势 电势差一.电场力的功以上结论适合任何带电体的电场。四.电势差2.点电荷组的电势场中某点的电势等于各个点电荷在该点的电势的代数和。3.连续带电体的电势或用例 6—15 求均匀带电圆环轴线上一点的电势。或例 6—15 均匀带电圆盘中心轴线上某点的电势。例 6—16 求均匀带电球面的电势分布。*** 用积分法如何求场内各点的电势? 例 6—17 求无限长均匀带电直线外任一点的电势，设电荷线密度为 。例 6—22 各点的电场和电势（其中 ）。点电荷第五节 等 势 面 电 势 梯 度等势面一系列同心球面电力线 本节研究场强和电势的微分关系。则有*** 温度场简介。例 6—23 利用电势梯度，求均匀带电圆环轴线上某点的场强。 例 6---24 求均匀带电杆在P点处的电势，并用电势梯度求场强。解：*** 提示思路。下一章返回
1.基本方法 （1）点电荷的场强（2）点电荷组的场强 结论：空间某点处的场强等于各个点电荷在该处所产生的场强的矢量和。称为场的叠加原理。在P点放一试探电荷电场叠加矢量图说明。（3）连续带电体的场强点的场强如何求。求解此类问题的物理思想和数学思想。带电体上所有电荷在P点场为例 6—1 求电偶极子的场强。解由于二场强共线，故用代数式计算即可。矢量式2 求电偶极子中垂线上一点的场强。则假定带电直线是无限长， 若 时，上述结果化简为解： 借用上题结果求解本题。 *** 本题的主要特点是：以简单问题的结论为基础求复杂问题。这是电磁学部分中的一种十分重要的计算方法。若 ，即把圆盘视为无限大均匀带电平板时，无限大的均匀带电板的场强分部图场强的方向场强的方向场强的大小例 6—5如图，求均匀带电的圆弧线在圆心处的场强。显然，不同的电荷元在 点的场方向不同，故不可直接积分上式。据场的对称性， 点场为则板上所有电荷在p点产生的场强为计算略。 第三节 电力线 电通量 高斯定律及其应用一.电力线点电荷无限大均匀带电板无限长均匀带电直线作用 1.表示场强的方向
2.表示场强的大小可见，力线的疏密度与场强的大小有关。均匀场则通过闭合面的电通量规定法线指向外侧为正，如图示。 可见，穿入闭合面的电力线（即电通量）为负，而穿出时为正。通量为代数量。 三.高斯定律先来计算通过几个闭合面的电通量。计算此闭合面的电通量。 由于面元法线与场强方向处处一致。故通过球面的电通量为 因为穿过任意闭合面上的电力线的数目与穿过球面上的电力线数目相同，所以由于穿入为负，而穿出为正，二者数目相同，故例题例题 场的特点：球对称场。球面内：球面外：*** 本题还可用何法求解。 解 ：分析知场对中心对称分布。故可以作三个不同的高斯面。例 6—11 求如图同心带电球壳的场强分布。 解：不难想出，无限长均匀带电柱面的场与无限长均匀带电直线的场的分部类似：即场的方向由轴线出发，成辐射状，由带电体的对称性，可知场的大小关于轴线对称。R*** 柱外场形式上同无限长均匀载荷线的场*** 若为无限长均匀带电柱体时，如何求场强分布。例 6—12 求无限大均匀带电板外一点的场强。 解：可以直观判断，场强的方向与板面垂直, 且关于板面对称,因此,选如图所示的圆柱型高斯面。又由于柱的母线与场强平行,通过柱侧面的通量为零,因而均匀场。用高斯定律求解场强的步骤：
1 判定场的方向。
2 场具有对称性。
3 选合适的高斯面过研究点。
4 解出场强的大小。 由本题的分析和结果可知，用高斯定律仅可求特殊情况下的场强的大小。 例 6—13 如右图所示,带异 号电荷的二无限大平板平行放置。分析场的分布。题解 ：（略）*** 阶段总结求场强的方法第四节 电场力的功 电势能 电势 电势差一.电场力的功以上结论适合任何带电体的电场。四.电势差2.点电荷组的电势场中某点的电势等于各个点电荷在该点的电势的代数和。3.连续带电体的电势或用例 6—15 求均匀带电圆环轴线上一点的电势。或例 6—15 均匀带电圆盘中心轴线上某点的电势。例 6—16 求均匀带电球面的电势分布。*** 用积分法如何求场内各点的电势? 例 6—17 求无限长均匀带电直线外任一点的电势，设电荷线密度为 。例 6—22 各点的电场和电势（其中 ）。点电荷第五节 等 势 面 电 势 梯 度等势面一系列同心球面电力线 本节研究场强和电势的微分关系。则有*** 温度场简介。例 6—23 利用电势梯度，求均匀带电圆环轴线上某点的场强。 例 6---24 求均匀带电杆在P点处的电势，并用电势梯度求场强。解：*** 提示思路。下一章返回