静电场基本知识

1、静电场基本知识第1页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电荷及其守恒定律第2页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四自然界中有两种电荷：两种电荷间的相互作用：正电荷和负电荷同种电荷相互排斥异种电荷相互吸引用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电;用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电.第3页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四物体带电的实质：原子原子核核外电子（负电）质子（正电）中子（不带电）原来电中性的物体得到电子则带上负电，失去电子的带上正电。实质是电子的转移。第4页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四物体带电方法、摩擦起电原因：不同物质的原子核

2、束缚电子的本领不同，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电。第5页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四物体带电方法、感应起电静电感应的原因：把带电球C移近金属导体A和B时，导体上的自由电子被吸引过来，因此导体A和B带上了等量的异种电荷感应起电没有创造电荷，而是使物体中的正负电荷分开，将电荷从物体的一部分转移到另一部分 第6页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四物体带电方法、接触带电接触后再分开+Q接触后再分开Q3QQQ第7页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四三种带电方法(2)感应起电： 电荷从物体的一部分转移到另一部分(3)接触起电：

3、 电荷从一个物体转移到另一个物体 (1)摩擦起电： 正负电荷的分开和转移第8页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四起电的本质 无论是哪种起电方式,其本质都是将正、负电荷分开,使电荷发生转移，实质是电子的转移，并不是创造电荷。第9页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电荷守恒定律表述一： 电荷既不能创造,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中，系统的电荷总数保持不变.表述二： 一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是保持不变。第10页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四元电荷电荷量：

4、电荷的多少。单位:库仑 C最小电荷量：电子所带的电荷量元电荷：最小电荷量，用e表示e=1.60 x10-19C所有带电体的电荷量或者等于e，或者是e的整数倍。故电荷量不能连续变化。比荷：带电体的电荷量与质量的比第11页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四库仑定律第12页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四1、内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上.2、大小：F=kQ1Q2/r23、方向：同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引. 4、适用条件： .真空(空气中近似成立).点电荷

5、 点电荷是一种理想化模型，只有电荷量而没有大小的几何点。第13页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四5、应用多个电荷的库仑定律时，应注意：(1)任何一个电荷所受的库仑力等于周围其他各点电荷对它的作用力的合力。(2)几个库仑力或库仑力和其他性质的力合成时均遵守平行四边形法则。第14页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电场强度第15页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电 场万有引力超距作用既不需要媒介，也不需经历时间，而是超越空间直接发生的作用力。静电力像万有引力一样，也是一种超距力超距作用观点不可避免地带来一种神秘色彩，与人类的理智和科学

6、追求不符第16页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电 场19世纪30年代，法拉第提出：在电荷的周围存在着由它产生的电场，处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。电荷电荷电场电场以及磁场已被证明是一种客观存在，并且是互相联系的，统称为电磁场。变化的电磁场以有限的速度光速，在空间传播。它和分子、原子组成的实物一样具有能量、质量和动量，因而场与实物是物质存在的两种不同形式。本章只讨论静止电荷产生的电场，称为静电场。第17页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电场强度电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。电场的强弱是与位置有关的。实验中的带电小球

7、是用来检验电场是否存在及其强弱分布情况的，称为试探电荷，或检验电荷；被检验的电场是电荷O所激发的，所有电荷O称为场源电荷，或源电荷。电荷量和尺寸充分小第18页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电场强度怎样来描述电场的强弱呢？能否用试探电荷所受的静电力来表示电场的强弱？不同电荷量的试探电荷，即使在电场的同一点，受到的静电力也不相同。试探电荷在电场中某点受到的力F很可能与试探电荷的电荷量q成正比：F=EqE是比例常数，与q无关第19页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电场强度实验表明： 试探电荷在电场中某个位置所受的力，的确与试探电荷的电荷量成正比； 在电场

8、的不同位置，比例常数E一般说来是不一样的。（1）、电场强度：放入电场中某点的电荷所受的力F与它的电荷量q的比值，叫做这点的电场强度（场强）。（2）、公式：E=F/q（3）、单位：牛每库（N/C）；伏每米（V/m）；1V/m=1N/C（4）、方向：电场强度是矢量其方向跟正电荷在该点所受的静电力的方向相同；跟负电荷在该点所受的静电力的方向相反比值定义法第20页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四点电荷的电场点电荷是最简单的场源电荷，它激发的电场有什么特点呢？式中Q是场源电荷大小如果以Q为中心作一个球面，则球面上各点的电场强度大小相等。第21页，共75页，2022年，5月20日，2

9、点51分，星期四电场强度的叠加如果场源电荷不只是一个点电荷，那么电场强度又是多少呢？电场强度的叠加：电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和P点的电场强度，等于+Q1在该点产生的电场强度E1与-Q2在该点产生电场强度E2的矢量和遵循平行四边形定则。第22页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电场强度的叠加 一个比较大的带电物体不能看做点电荷。在计算它的电场时，可以把它分做若干小块，只要每个小块足够小，就可以把每小块所带的电荷看成点电荷，然后用点电荷电场强度叠加的方法计算整个带电体的电场。一个半径为R的均匀带电球体（或球壳）在外部产生的电场，与一个位于球

10、心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同，球外各点的电场强度：rR，Q是整个球体所带的电荷量第23页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电场线我们可以用什么方法来形象地描述电场呢？电场线： 电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。第24页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电场线第25页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电场线第26页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电场线电场线的特点：1、电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷；2、电场线在电场中不相交；3、在同一幅

11、图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏，可以用电场线的疏密来表示电场强度的相对大小。电场线是电场中实际存在的线吗？第27页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四匀强电场如果电场中各点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场就叫做匀强电场。匀强电场的电场线是什么样的？匀强电场的电场线是间隔相等的平行线带有等量异号电荷的一对平行金属板，如果两板相距很近，它们之间的电场，除边缘部分外，可以看做匀强电场。第28页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势能和电势第29页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四静电力做功的特点在电场强

12、度为E的匀强电场中，试探电荷q沿几条不同路径从A点移动到B点，这几种情况下静电力对电荷所做的功分别是多少？q所受的静电力：静电力对q所做的功：第30页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四静电力做功的特点电荷q沿折线AMB从A点移往B点：在线段AM上静电力对q所做的功：在线段MB上静电力对q所做的功：第31页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四静电力做功的特点电荷q沿任意曲线ANB从A点移动到B点：可以用无数组跟静电力垂直和平行的折线来逼近曲线ANB只要q移动方向与静电力平行，静电力都做功与静电力平行的短折线的长度之和等于AM第32页，共75页，2022年，5

13、月20日，2点51分，星期四静电力做功的特点不论q经由什么路径从A点移动到B点，静电力做的功都是一样的在匀强电场中移动电荷时，静电力做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，但与电荷经过的路径无关这个结论对非匀强电场适用吗？这个结论虽然是从匀强电场中推导出来的，但是可以证明对于非匀强电场也是适用的第33页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势能1、由于移动电荷时静电力做的功与移动的路径无关，电荷在电场中也具有势能，这种势能叫做电势能，用Ep表示。物体下降时，重力做正功，重力势能减少物体上升时，重力做负功，重力势能增加类比于重力做功与重力势能的关系，静电力做功与电势能有什么关系呢

14、？第34页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势能正电荷在电场中从A点移动到B点时，静电力做正功，电荷的电势能减少正电荷在电场中从B点移动到A点时，静电力做负功，电荷的电势能增加第35页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势能功是能量转化的量度2、静电力做的功等于电势能的减少量WAB表示电荷从A点移动到B点的过程中静电力做的功EpA和EpB分别表示电荷在A点和B点的电势能如果知道了在两点间移动电荷时，静电力做的功，那么这两个位置的电势能知道吗？第36页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势能静电力做的功只能决定电势能的变化量，而不能决

15、定电荷在电场中某点的电势能的数值。如果规定电荷在B点的电势能为零，则电荷在A点的电势能等于WAB3、电势能具有相对性：要确定电荷在电场中某点的电势能的数值，必须先确定零电势能参考位置。电荷在某点的电势能，等于静电力把它从该点移动到零势能位置时所做的功。通常把电荷在离场源电荷无限远处的电势能规定为零，或把电荷在大地表面上的电势能规定为零。第37页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势能4、电势能是电荷和电场所共有的，具有系统性5、电势能是标量由此可见，电场力做功与重力做功，电势能与重力势能都很相似，所以大家在学习电势能过程中应该多联系重力做功与重力势能的关系帮助理解电势能。第

16、38页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势能重力势能和电势能类比 重力场中，重力：地球和物体之间存在的吸引力电场中，电场力：电荷之间的作用力有重力就有重力势能Ep= mgh有电场力就有相应的能，叫电势能EPEp由物体和地面间的相对位置决定EP由电荷间的相对位置决定电场力做正功，电势能就减少电场力做负功，电势能就增加电场力作功，电势能改变重力做功，重力势能改变重力做正功，重力势能就减少重力做负功，重力势能就增加W重 = EP1-EP2W电 = EPA-EPB第39页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势能尽管重力做功与电场力做功很相似，但还是存在很大差异

17、存在两种电荷正电荷顺电场线移动，电场力做正功，电势能减少 负电荷顺电场线移动，电场力做负功，电势能增加 正电荷逆电场线移动，电场力做负功，电势能增加 负电荷逆电场线移动，电场力做正功，电势能减少第40页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势规定O点的电势能为零电荷q在A点的电势能EpA：如果在A点放的是2q的电荷呢？EpA/q是相同的对电场中的不同位置，这个比值一般是不同的第41页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势1、电势：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值2、公式：3、单位：在国际单位制中，电势的单位是伏特，符号是V 1V=1J/C第42

18、页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势沿着电场线方向，电势如何变化呢？4、沿着电场线的方向，电势越来越低如何确定电场中某点的电势呢？5、电势具有相对性，先规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其他各点的电势。（通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零）第43页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势沿着电场线方向，电势如何变化呢？4、沿着电场线的方向，电势越来越低如何确定电场中某点的电势呢？5、电势具有相对性，先规定电场中某处的电势为零，然后才能确定电场中其他各点的电势。（通常取离场源电荷无限远处或大地的电势为零）6、电势是标量，只有大小，没有方向

19、。(负电势表示该处的电势比零电势处电势低。)第44页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四等势面地理上，等高线表示地势的高低。在电场中常用等势面来表示电势的高低。电场中电势相同的各点构成的面叫做等势面第45页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四等势面等势面的特点：1、等势面一定跟电场线垂直，在同一等势面上的任意两点间移动电荷，电场力不做功；2、电场线总是从电势高的等势面指向电势低的等势面，任意两个等势面都不会相交；3、等差等势面越密的地方电场强度越大第46页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四等势面几种典型电场的等势面：1、点电荷电场中的等势

20、面：以点电荷为球心的一簇球面第47页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四等势面2、等量异种点电荷电场中的等势面：两簇对称曲面第48页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四等势面3、等量同种点电荷电场中的等势面：两簇对称曲面第49页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四等势面5、匀强电场中的等势面：垂直于电场线的一簇平面4、形状不规则的带电导体附近的电场线及等势面第50页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势差第51页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四高度与高度差高度具有相对性，与参考点的选择有关，而高度差

21、与参考点的选择无关。第52页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势ABCD0V1V2V3VE0V1V2V-1V电势具有相对性，与参考点的选择有关，而电势的差值与参考点的选择有无关系呢?第53页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势差电势差(电压):电场中两点间电势的差值.ABCD15V5V0-3V设电场中A点的电势为，B点的电势为则有第54页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势与电势差ABCD0V1V2V3VE0V1V2V-1V电势具有相对性，与参考点的选择有关，而电势差与参考点的选择无关系.第55页，共75页，2022年，5月20

22、日，2点51分，星期四电势差与电势关系ABCD15V5V0-3V或者表示成显然第56页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四静电力做功与电势差的关系 电荷q从电场中A点移到B点，AB即或第57页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四思考1、UAB由什么决定？跟WAB、q有关吗？2、WAB跟q、UAB有关吗？跟q、UAB都有关 由电场本身的因素决定,与WAB 、q无关第58页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电势差与电场强度的关系第59页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两

23、点的距离的乘积。E=U/d在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差U=Ed第60页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四1、适用范围：匀强电场2、d为匀强电场中两点沿电场线方向的距离3、电场强度与电势无直接关系电场强度为零的地方，电势不一定为零电势为零的地方电场强度不一定为零电场强度相等的地方电势不一定相等电势相等的地方，电场强度不一定相等第61页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四电容器的电容第62页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四一、电容器1、任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体，组成一个电容器。 2、电容器是一种储存

24、电荷的装置3、电容器的构造: 两极板 电介质第63页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四4.电容器的充、放电 QQE U充电： 电能电场能 放电：电场能其他形式能 1）在充、放电过程中有电流产生；2）电容器所带电荷量：每个极板所带电荷量的绝对值；3）充电完毕，电容器两端电压等于电源电压。第64页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四 电容器所带的电荷量 Q 跟它的两极间的电势差U 的比值叫做电容器的电容。 2. 公式 1. 电容二、电容h hBCA第65页，共75页，2022年，5月20日，2点51分，星期四3. 单位 F（法）4. 说明电容是反映了电容器储存电荷能力(储存能量能力)的物理量，其数值由电容器的构造决定，而与电容器带不带电或带多少电无关。就像水容器一样，它的容量与是否有水无