2021-2022学年高二物理竞赛课件：静电场（162张PPT）

1、静电场第一章第一节库仑定律研究范围：宏观电磁规律。 1 - 1 库仑定律研究范围：宏观电磁规律。一、静电场：在惯性参照系中相对于观察者 静止的电荷所产生的电场。 1 - 1 库仑定律研究范围：宏观电磁规律。一、静电场：在惯性参照系中相对于观察者 静止的电荷所产生的电场。基本电荷：一个电子所带的电量e=19C1.6010 1 - 1 库仑定律研究范围：宏观电磁规律。一、静电场：在惯性参照系中相对于观察者 静止的电荷所产生的电场。基本电荷：一个电子所带的电量任何物体所带电量只能是基本电荷的整数倍e=19C1.6010 1 - 1 库仑定律研究范围：宏观电磁规律。一、静电场：在惯性参照系中相对于观察

2、者 静止的电荷所产生的电场。基本电荷：一个电子所带的电量二、点电荷：一个形状和大小可以略去不计 的带电粒子或带电体。任何物体所带电量只能是基本电荷的整数倍e=19C1.6010 1 - 1 库仑定律可以简化为点电荷的条件；可以简化为点电荷的条件；Qdr2rQ1d可以简化为点电荷的条件；Qdr2rQ1d的相互作用：Q12Q与电荷电荷可以简化为点电荷的条件；Qdr2l若rl2=4r2q+l2()3410El若rl2=4r2q+l2()3410Elr3q40l若rl2=4r2q+l2()3410Elr3q40l=r340pe若rl2=4r2q+l2()3410Elr3q40l=r340pe=E4ep

3、r30电偶极子在电场中所受的力矩+epff若rl=Er3q40l=r340pe=E4epr3024r2q+l2()3410l电偶极子在电场中所受的力矩=f l sin+epff若rl2=4r2q+l2()3410Elr3q40l=r340pe=E4epr30M电偶极子在电场中所受的力矩M=f l sin=qlEsin+epff若rl2=4r2q+l2()3410Elr3q40l=r340pe=E4epr30esinp电偶极子在电场中所受的力矩M=f l sin=qlEsin=E+epff若rl2=4r2q+l2()3410Elr3q40l=r340pe=E4epr30esinp电偶极子在电场中

4、所受的力矩=f l sin=qlEsin=EM=epE+epff若rl2=4r2q+l2()3410Elr3q40l=r340pe=E4epr30M2. 连续带电体的电场dq电荷元：2. 连续带电体的电场dql电荷元：线电荷dq=dld2. 连续带电体的电场sdq电荷元：面电荷线电荷dqdq=dldsd2. 连续带电体的电场ldVsdq=电荷元：面电荷体电荷线电荷dqdqdq=ddldsdVd2. 连续带电体的电场ldVsdq=电荷元：面电荷体电荷线电荷dqdqdq=ddldsdVdE=r241q0dd()rrqdrEdP.2. 连续带电体的电场ldVsdq=电荷元：面电荷体电荷线电荷dqdq

5、dq=ddldsdVdE=r241q0dd()rrEdE=qdrEdP.2. 连续带电体的电场ldVsdq=电荷元：面电荷体电荷线电荷dqdqdq=ddldsdVdE=r241q0dd()rrE=dr241q0d()rrE=qdrEdP.2. 连续带电体的电场ldVsdq=电荷元：面电荷体电荷线电荷dqdqdq=ddldsdVdE=r241q0dd()rrE=dE=E=r241q0ddqdrEdP.2. 连续带电体的电场ldr241q0d()rr已知：、aq12。21 例2 求一均匀带电直线在 O点的电场。a、q0已知：、aq12。21 例2 求一均匀带电直线在 O点的电场。a、q0解题步骤：

6、、adq1l已知：2。解题步骤：1. 选电荷元dq=21dll0r 例2 求一均匀带电直线在 O点的电场。a、E、aq1已知：2。解题步骤：1. 选电荷元dq=的方向Ed确定21dll0dr 例2 求一均匀带电直线在 O点的电场。2.a、dlE、Eaq1已知：2。解题步骤：1. 选电荷元dq=的大小的方向dEd3. 确定确定21dll0dr 例2 求一均匀带电直线在 O点的电场。2.a、dlE、Eaq1已知：2。解题步骤：1. 选电荷元dq=的大小的方向dEd3. 确定确定E=r241ddl21dll0dr 例2 求一均匀带电直线在 O点的电场。2.a、0dlE、Eaxq1已知：2。解题步骤：

7、1. 选电荷元dq=的大小的方向dEd3. 确定确定E=r2410ddl21dll0d4. 建立坐标，yr 例2 求一均匀带电直线在 O点的电场。2.a、dlE、Eaxq1已知：2。解题步骤：1. 选电荷元dq=的大小的方向dEd3. 确定确定E=r2410ddl21dll0d4. 建立坐标，将E=dEdyxcosr 例2 求一均匀带电直线在 O点的电场。2.投影到坐标轴上dEa、dlE、Eaxq1已知：2。解题步骤：1. 选电荷元dq=的大小的方向dEd3. 确定确定E=r2410ddl21dll0d4. 建立坐标，将E=dEdyyxcosE=dEdsinr 例2 求一均匀带电直线在 O点的

8、电场。2.投影到坐标轴上dEa、dlE、Eaxq1已知：2。解题步骤：1. 选电荷元dq=的大小的方向dEd3. 确定确定E=r2410ddl21dll0d4. 建立坐标，将E=dEdyyxcosE=dEdsinr 例2 求一均匀带电直线在 O点的电场。2.Edx=r2410dlcosdEa、投影到坐标轴上dl5. 选择积分变量ax21dll0Edy选作为积分变量r5. 选择积分变量aaax21dll0Edy选作为积分变量tg=lar5. 选择积分变量aaaax21dll0Edy选作为积分变量tg=laaltgr5. 选择积分变量aaaaax21dll0Edy选作为积分变量tg=laaltgt

9、ga()2r5. 选择积分变量aaaaax21dll0Edy选作为积分变量tgctg=laaltgtga()2ar5. 选择积分变量aaaaax21dll0Edy选作为积分变量tgctg=csclaaltgtga()2adla2dr5. 选择积分变量aaaaax21dll0Edy选作为积分变量tgctg=csclaalltgtga()2adla2222drra+5. 选择积分变量aaaaax21dll0Edy选作为积分变量tgctg=ctgcsclaalltgtga()2adla2222drra+2=2a+2a5. 选择积分变量aaaaax21dll0Edy5. 选择积分变量选作为积分变量tg

10、ctg=ctgcsclaalltgtga()2adla2222drra+2=2a+2a=2acsc2aaaaax21dll0EdyrEdx=r2410dlcosaaax21dll0Edyr=Edx=r2410dlcosa2410cscadcos2csc2aaax21dll0Edyr=Edx=r2410dlcosa2410cscadcos2csc2=40aEx12dcosaaax21dll0Edyr=Edx=r2410dlcosa2410cscadcos2csc240a=()sinsin21=40aEx12dcosaa40a=()sinsin21Ex=40aEy12dsin40a=()sinsi

11、n21Ex=40aEy12dsin40a=()coscos1240a=()sinsin21Ex=40aEy12dsin40a=()coscos12当直线长度L8，40a=()sinsin21Ex=40aEy12dsin40a=()coscos12当直线长度L810，40a=()sinsin21Ex=40aEy12dsin40a=()coscos12当直线长度L8120，40a=()sinsin21Ex=40aEy12dsin40a=()coscos12当直线长度L8120，Ex=0，40a=()sinsin21Ex=40aEy12dsin40a=()coscos12当直线长度L8120，Ex=

12、0，40a=()sinsin21Ex=EyE=40aEy12dsin40a=()coscos12当直线长度L8120，Ex=0，40a=()sinsin21Ex=EyE40a=22=40aEy12dsin40a=()coscos12当直线长度L8120，Ex=0，E40a=220a=无限长均匀带电直线的场强：0a=E40a=()sinsin21Ex=Ey 例3 求一均匀带电圆环轴线上任一点 xqax、。xpqda处的电场。已知：E=r241q0ddEdxxpqda 例3 求一均匀带电圆环轴线上任一点 xqax、。处的电场。已知：qda.yzx当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个

13、圆锥面。EdEda.yzxEd当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。qdEdqda.yzxEd当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。Eda.yzxEd当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。qdEda.yzxEd当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。qdEda.yzxEd当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。qdEda.yzxEd当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。qdEda.yzxEd当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。qdEda.yzx

14、Ed当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。qdEda.yzxEd当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。qdEda.yzxEd当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。qdEd=所以，由对称性Ey=Ez0a.yzxEd当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。qdEd=所以，由对称性Ey=Ez0a.yzxEd当dq 位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。qdEd=E=r241q0dd由对称性Ey=Ez0yzqd 例3 求一均匀带电圆环轴线上任一点 xqax、。处的电场。已知：EdxxpaEd=E=r24

15、1q0dd由对称性Ey=Ez0Edcos=E=Exyqd 例3 求一均匀带电圆环轴线上任一点 xqax、。处的电场。已知：qEdxxpaEd=E=r241q0dd由对称性Ey=Ez0Edcos=E=Exr241q0drxqd 例3 求一均匀带电圆环轴线上任一点 xqax、。处的电场。已知：qqEdxxpaEdy=E=r241q0dd由对称性Ey=Ez0=Edcos=E=Exr241q0drxr341q0dxyzqd 例3 求一均匀带电圆环轴线上任一点 xqax、。处的电场。已知：qqqEdxxpaEd=E=r241q0dd由对称性Ey=Ez0=Edcos=E=Ex=r241q0drxrr341

16、q0dxqx403yzqd 例3 求一均匀带电圆环轴线上任一点 xqax、。处的电场。已知：qqqEdxxpaEd=E=r241q0dd由对称性Ey=Ez0=Edcos=E=Ex=r241q0drxrr341q0dx4q0 x403=x22a+()qx23yzqd 例3 求一均匀带电圆环轴线上任一点 xqax、。处的电场。已知：qqqEdxxpaEd已知：求：qxR，EpRPx 例4 均匀带电圆盘轴线上的电场已知：求：qxR，EpRrrdPx 例4 均匀带电圆盘轴线上的电场已知：求：EqxR，Ep40=x22a+()qx23RrrdPx 例4 均匀带电圆盘轴线上的电场已知：求：EdqxR，Ep

17、40=x22a+()qx23E40=x22r+()qx23dRrrddEPx 例4 均匀带电圆盘轴线上的电场.已知：求：EdqxR，Ep40=x22a+()qx23E40=x22r+()qx23d40=x22r+()x232rrd.RrrddEPx 例4 均匀带电圆盘轴线上的电场已知：求：qxR，EpRrrddE=R2qPx 例4 均匀带电圆盘轴线上的电场.Ed40=x22a+()qx23E40=x22r+()qx23d40=x22r+()x232rrd.4已知：求：=0qxR，EpE2x0Rx22r+()23rrdRrrddE=R2qPx 例4 均匀带电圆盘轴线上的电场.Ed40=x22a+

18、()qx23E40=x22r+()qx23d40=x22r+()x232rrd.，4 例4 均匀带电圆盘轴线上的电场已知：求：=0qx22R+()x21xR，EpE2x0Rx22r+()23rrd201RrrddE=R2qPx.Ed40=x22a+()qx23E40=x22r+()qx23d40=x22r+()x232rrd.=x22R+()x21E201=x22R+()x21E201讨论：1. 当xR=x22R+()x21E201讨论：1. 当xR=E20=x22R+()x21E201讨论：1. 当xR=E20（无限大均匀带电平面的场强）=x22R+()x21E201讨论：1. 当xR=E2

19、02. 当xR=x22R+)x21(1+2Rx2)=112Rx)2+=x22R+()x21E201（无限大均匀带电平面的场强）21=E2011+(Rx)240 x2q12五、电场力计算1、点电荷受力 f = q EE12Fqqq1iq f 五、电场力计算1、点电荷受力 f = q E2、带电体受力 df = dq E ( r )E12Fqqq1iq f dq1dq idq2Q五、电场力计算1、点电荷受力 f = q E2、带电体受力 df = dq E ( r ) f = Q E ( r ) dq2FFqiE12Fqqq1iq f dq1dq idq2Q 例5 一无限长均匀带电线，其电荷线密度

20、为 1，在该带电线的同一平面内有一有限长的均匀带电线，其电荷线密度为 2，试求它们之间的相互作用力。La12xoxdx 例5 一无限长均匀带电线，其电荷线密度为 1，在该带电线的同一平面内有一有限长的均匀带电线，其电荷线密度为 2，试求它们之间的相互作用力。解：无限长带电线场强E = 20 x1La12xoxdx 例5 一无限长均匀带电线，其电荷线密度为 1，在该带电线的同一平面内有一有限长的均匀带电线，其电荷线密度为 2，试求它们之间的相互作用力。解：无限长带电线场强E = 20 xdx 段带电量：dq=2dx1La12xoxdx 例5 一无限长均匀带电线，其电荷线密度为 1，在该带电线的同一平面内有一有限长的均匀带电线，其电荷线密度为 2，试求它们之间的相互作用力。解：无限长带电线场强E = 20 xdx 段带电量：dq=2dx1df = Edq La12xoxdx 例5 一无限长均匀带电线，其电荷线密度为 1，在该带电线的同一平面内有一有限长的均匀带电线，其电荷线密度为 2，试求它们之间的相互作用力。解：无限长带电线场强E =