6静电场大学物理学习考试资料课件

1、6静电场大学物理学习考试资料1第六章第六章 静电场静电场6.1 库仑定律、电场强度库仑定律、电场强度6.3 电场力做功、电势、电势差电场力做功、电势、电势差6.5 静电场中的电介质静电场中的电介质6静电场大学物理学习考试资料2一、库仑定律一、库仑定律二、电场强度二、电场强度第一节第一节 库仑定律、电场强度库仑定律、电场强度6静电场大学物理学习考试资料3一、一、 库仑定律库仑定律l 电荷量子化；电荷量子化；若电荷电量若电荷电量 e 时，认为电荷值连续时，认为电荷值连续1.1.电荷的基本性质电荷的基本性质l 电荷有正负之分；电荷有正负之分；同性电荷相斥，异性电荷相吸同性电荷相斥，异性电荷相吸.c1

2、0602. 119e电子电荷电子电荷 ), 3 , 2, 1(nneq6静电场大学物理学习考试资料42.2.点电荷点电荷（理想模型）理想模型）任何带电体都可以看作是点电荷的集合任何带电体都可以看作是点电荷的集合形状和大小都可以忽略的带电质体形状和大小都可以忽略的带电质体l 电荷守恒定律电荷守恒定律 （自然界的基本守恒定律之一）（自然界的基本守恒定律之一）在在孤立孤立系统中系统中,电荷的电荷的代数和代数和保持不变保持不变.6静电场大学物理学习考试资料53.3.库仑定律库仑定律17851785年年, , 库仑通过扭称实验得到库仑通过扭称实验得到r径矢径矢，q1q20rr r单位矢量单位矢量，表示径

3、矢方向，大小为表示径矢方向，大小为112024oq qfrr 矢量式l q1q2同号同号时时， 与与 同向，同向， 和和 为为排斥力排斥力l q1q2异异号号时时， 与与 反向，反向， 和和 为为吸引力吸引力ff0rf f0rff 6静电场大学物理学习考试资料6电场的性质电场的性质：力的性质力的性质：对放其内的任何电荷都有对放其内的任何电荷都有作用力作用力能的性质能的性质：电场力对移动电荷电场力对移动电荷做功做功。静电场：静电场： 相对于观察者静止的电荷周围所存在的场（该电荷称为场源电荷该电荷称为场源电荷）1.1.电场电场 电荷周围存在电场电荷周围存在电场. .实物实物物质物质 场场不可入性，

4、有静止质量不可入性，有静止质量可叠加性，无静止质量可叠加性，无静止质量二、电场强度二、电场强度6静电场大学物理学习考试资料72.电场强度电场强度0feq 方向方向：与正电荷在该处所受电场力的与正电荷在该处所受电场力的 方向一致。方向一致。0feqef 大小大小：单位单位：n/c 或或 v/mfeql 电荷电荷 在电场中受力在电场中受力 q当当q0=1单位电量时，单位电量时，6静电场大学物理学习考试资料83. 电场强度的计算电场强度的计算2o400ferq qr（1） 点电荷的场强点电荷的场强00204frqqr 大小：2o4eqr方向：0.0erq ， 与 同向0.0erq ， 与 反向场强分

5、布特点：球对称6静电场大学物理学习考试资料90q所受合力所受合力 002014iiiiq qfrr 123.nfffff (2) 点电荷系的场强点电荷系的场强 对对 的作用力：的作用力： iq0q总场强总场强 123.neeeee 场强叠加原理场强叠加原理31200000.nfffffqqqqq 6静电场大学物理学习考试资料10l电偶极子电偶极子pl qqq一对靠得很近的等量异号的点电荷一对靠得很近的等量异号的点电荷和和组成的系统。组成的系统。 电偶极矩电偶极矩 在一些问题的讨论中，常把电在一些问题的讨论中，常把电介质分子看作电偶极子介质分子看作电偶极子(模型模型)。 电偶极子的轴线：电偶极子

6、的轴线：lqql 6静电场大学物理学习考试资料11例例 求电偶极子的场强求电偶极子的场强 eeeqelr2o4()2 2o)2(4lrqe eeqq2l/2laroxpe(1) 求电偶极子轴线的延长线上求电偶极子轴线的延长线上a点的场强点的场强6静电场大学物理学习考试资料12 22o)2(1)2(14lrlrqeee 222424)lr (rlqo 3 4oo2244qrlqlerr 方向：与电偶极子的轴线相同。方向：与电偶极子的轴线相同。矢量式矢量式：3o24per 6静电场大学物理学习考试资料13(2) 求电偶极子中垂面上求电偶极子中垂面上b点的场强点的场强)4(422olrqee 22c

7、osxxeee 224/2/cosrll eeexyrb opq-q,yyxxeeee 0yyyeee 6静电场大学物理学习考试资料14223o4xypeeer2222223/2oo/22/44()4()44xqlqlelllrrr 方向：与电偶极子的轴线相反。方向：与电偶极子的轴线相反。矢量式矢量式：3o4per 6静电场大学物理学习考试资料15dqrpdeq 02odd4 qqeerr（3）连续带电体的场强）连续带电体的场强02odd4qerr3) 由由de dee1) 把把q 无限多无限多dq (点电荷点电荷)2) 由由dq de步骤：步骤：6静电场大学物理学习考试资料16电荷电荷体体密

8、度密度ddqvqdvl 电荷密度电荷密度qv 电荷电荷面面密度密度qs ddsq电荷电荷线线密度密度ql ddqlqsdql d6静电场大学物理学习考试资料174. 电场线电场线线线）e(切线切线2) 线的密度表示线的密度表示 的大小。的大小。eeee线线 线上某点的切向即为该点线上某点的切向即为该点 的方向的方向；ee1)电场线密集的地方，场强大；电场线密集的地方，场强大；电场线稀疏的地方，场强小。电场线稀疏的地方，场强小。6静电场大学物理学习考试资料18n 电场线特点电场线特点 1 1） 始于正电荷始于正电荷, ,止于负电荷止于负电荷( (或来或来 自无穷远自无穷远, ,去向无穷远去向无穷

9、远) )，不会，不会 在没有电荷处中断。在没有电荷处中断。 2 2）电场线不相交。电场线不相交。 3 3）静电场电场线不闭合。静电场电场线不闭合。6静电场大学物理学习考试资料19第三节第三节 电场力做功、电势、电势差电场力做功、电势、电势差一、静电场的环路定理一、静电场的环路定理二、电势能、电势、电势差二、电势能、电势、电势差三、电场强度与电势的关系三、电场强度与电势的关系6静电场大学物理学习考试资料20一、静电场的环路定理一、静电场的环路定理1. 电场力的功电场力的功0dddaflq elqqrlr0020d4 (1)(1)点电荷的电场点电荷的电场l无限小位移内静电场力做的功：无限小位移内静

10、电场力做的功：rll0dd cos dr020dd4 qqarr6静电场大学物理学习考试资料21bab0ab2a0d=d4 rrqqraar0011()4 abqqrr结论结论: : aab仅与仅与q0的的起点、终点起点、终点位置位置有关有关， 与路径无关。与路径无关。l一段位移内静电场力做的功：一段位移内静电场力做的功：6静电场大学物理学习考试资料22（2 2）点电荷系）点电荷系iiee（3 3）任意电荷的电场）任意电荷的电场（视为点电荷的集合）（视为点电荷的集合）l 静电场力做功与路径无关静电场力做功与路径无关l 静电场力是保守力静电场力是保守力l 静电场是保守力场静电场是保守力场结论：结

11、论：6静电场大学物理学习考试资料23静电场环路定理静电场环路定理ab 2. 静电场的环路定理静电场的环路定理结论结论：静电场是保守场：静电场是保守场静电场中场强沿任意闭合回路的线积分为零静电场中场强沿任意闭合回路的线积分为零 d0el6静电场大学物理学习考试资料241.1.电势能电势能电势能电势能: :电荷在静电场中具有的势能电荷在静电场中具有的势能w。 二、电势能、电势、电势差二、电势能、电势、电势差保守力做的功=势能的减少量0dbabaaqel试探电荷试探电荷q0沿任意路径由沿任意路径由a点移至点移至b的过程中的过程中:abww6静电场大学物理学习考试资料250dbababaaqwwell

12、 aab0，则则wawb ，电势能减少电势能减少； l电势能与电场力所做的功的关系电势能与电场力所做的功的关系 l aab0，则则wa0，u0; q0，u0），求圆环轴线上一点），求圆环轴线上一点p的的电势，点电势，点p到圆环中心到圆环中心o点的距离为点的距离为x。2qr 解：解：设圆环的线电荷密设圆环的线电荷密度为度为 ，则，则电荷元电荷元dq dl电荷元电荷元 dq 在在 p 点产生的电势为点产生的电势为00ddd44qlurr6静电场大学物理学习考试资料35均匀带电圆环在均匀带电圆环在p 点产生的电势为点产生的电势为:0dd4 lluur 22200d 4rlxr 2202 4 rxr

13、2204qxr 6静电场大学物理学习考试资料36l电势的计算电势的计算定义法定义法0daaawuelq 步骤：步骤：(1) 先算出场强先算出场强 (2) 选择合适的路径选择合适的路径 l (3) 用（分段）积分方法计算电势用（分段）积分方法计算电势6静电场大学物理学习考试资料3702040 qerrrrerr例例真空中均匀带电球面的场强分布为：真空中均匀带电球面的场强分布为：根据电势的定义，有：根据电势的定义，有：dpruel 解：解：求均匀带电球面电场中求均匀带电球面电场中任一点任一点p的电势。的电势。由于球面内外场强不同，故积分要分段进行。由于球面内外场强不同，故积分要分段进行。设设处的处

14、的u0.+qro6静电场大学物理学习考试资料38dddrprruelelel r 0200d4rqrrr 011()4qr结果表明：结果表明：均匀带电球面内任一点的电势相等。均匀带电球面内任一点的电势相等。20d4rqrr 04qr+qrorrdp1,rr（）6静电场大学物理学习考试资料392,rr （）0,4prrqur （3 3）+qrorrdp02 02 00dd4 d4 4prrrquelrrrqrrqr rq0 4rrourq0 46静电场大学物理学习考试资料40)(0baabuuqa 4. 静电场力做的功静电场力做的功00d()bababaaqq uuel 点电荷点电荷q0在电场中

15、由在电场中由a点移至点移至b点时，点时，电场力所做的功：电场力所做的功：0dbabababawwuuuelq 电势差电势差6静电场大学物理学习考试资料415. 等势面：等势面： （电势图示法）（电势图示法）点电荷电势公式点电荷电势公式rqu04 点电荷电场的等势面点电荷电场的等势面以点电荷为中心以点电荷为中心 的一系列同心球面。的一系列同心球面。（1）等势面等势面：由电势相等的点组成的曲面。由电势相等的点组成的曲面。6静电场大学物理学习考试资料42 电荷沿等势面移动时，电场力不做功电荷沿等势面移动时，电场力不做功00()d0bababaaq uuq el 0d000leqlede电场强度电场强

16、度 总是与等势面垂直的，即电场总是与等势面垂直的，即电场线是和等势面正交的曲线簇线是和等势面正交的曲线簇. .等势面性质等势面性质6静电场大学物理学习考试资料43(2) (2) 电场线和等势面的关系电场线和等势面的关系l 电场线与等势面处处电场线与等势面处处正正交交. .l 电场线从电场线从高高电势处指向电势处指向低低电势处电势处. .l 等势面等势面密密处电场强度处电场强度大大； 等势面等势面疏疏处电场强度处电场强度小小. .6静电场大学物理学习考试资料44三、电场强度与电势的关系三、电场强度与电势的关系daauel 1. 积分关系积分关系2. 微分关系微分关系d d0enu n 在电场中某

17、点的电场强度等于该点电势梯度矢量的负值在电场中某点的电场强度等于该点电势梯度矢量的负值u+duabcu等 势 面1等 势 面2e0ndndu0场强方向场强方向：指向电势降落方向：指向电势降落方向.规定规定：等势面法线的正方向等势面法线的正方向n 指向电势升高的方向指向电势升高的方向.e与与n0反向反向6静电场大学物理学习考试资料45第五节第五节 静电场中的电介质静电场中的电介质 一、电介质一、电介质二、电介质的极化二、电介质的极化二、电介质中的电场强度二、电介质中的电场强度 6静电场大学物理学习考试资料46导体、 绝缘体、 半导体物质导电性分类(根据可自由移动电荷的不同)一、电介质一、电介质绝

18、缘体绝缘体电介质的微观特性电介质的微观特性(1)电介质内几乎不存在可自由移动的电荷电介质内几乎不存在可自由移动的电荷.从电场这一角度看，绝缘体又称为从电场这一角度看，绝缘体又称为电介质电介质 称为绝缘体不能导电称为绝缘体不能导电(2) 在电场作用下，电介质中的电荷只能在在电场作用下，电介质中的电荷只能在原子范围内移动原子范围内移动.6静电场大学物理学习考试资料47分子分子电偶极子电偶极子等效等效pl q电偶极矩：电偶极矩：l 每个分子的电荷代数和为零每个分子的电荷代数和为零，但分子中，但分子中正、负电荷一般并不集中在一点。正、负电荷一般并不集中在一点。 2.2.电介质分子电介质分子l 全部正电

19、荷全部正电荷 一个正点电荷一个正点电荷 全部负电荷全部负电荷 一个负点电荷一个负点电荷6静电场大学物理学习考试资料483. 3. 电介质的分类电介质的分类（1 1）无极分子无极分子正负电荷正负电荷“重心重心”重合重合 如：甲烷如：甲烷c ch4（2 2）有极分子有极分子 正负电荷正负电荷“重心重心”不重合不重合 如：如：h2o0p , 对外不呈现电性对外不呈现电性无外场时：6静电场大学物理学习考试资料49二、电介质的极化二、电介质的极化1.1.无极分子的无极分子的位移极化位移极化 正负电荷重心发生正负电荷重心发生相对位移相对位移，形成电偶，形成电偶极子，其感生的极子，其感生的 与外与外电场电场 一致一致。p0e 在外电场的作用下，电介质的表面在外电场的作用下，电介质的表面出现出现电荷电荷的现象。的现象。 6静电场大学物理学习考试资料50注：由于热运动这种取向只能是部分的，注：由于热运动这种取向只能是部分的， 遵守统计规律。遵守统计规律。2.2.有极分子的有极分子的取向极化取向极化 其感生的其感生的 与外电场与外电场