电势及其计算课件

§8.5静电场的保守性描述电场状态一、静电场的保守性（保守力场）（1）点电荷电场

设点电荷q固定于某处，另一点电荷在q产生的电场中从点a经任意路径L移动到点b,在L上任取微小位移，该处场强为，则电场力对所作的元功为qb§8.5静电场的保守性描述电场状态一、静电场的保守性（1移动有限路程L时，总功为式中dr=dlcosθ。在点电荷电场中，电场力对试验电荷所作的功，只取决与试验电荷及其始末位置，与路径无关。移动有限路程L时，总功为式中dr=dlcosθ。在2点电荷系q1、q2、…的电场中，移动q0，有abL••（2）静止的点电荷系、电荷连续分布带电体可见静电力做功只与检验电荷起点，终点的位置有关，与所通过的路径无关.静电场的这一特性称静电场的保守性。静电场是保守场。点电荷系q1、q2、…的电场中，移动q0，有abL••（2）3二、场强环流定理

单位正试验电荷沿闭合路径acbfa移动回到出发点时，电场力所作的功为静止电荷的电场：运动电荷的电场：静电场是保守场，为有源无旋场。运动电荷的电场不是保守场，为有源有旋场。L1L2ab二、场强环流定理单位正试验电荷沿闭合路径ac4§8.5电势能、电势和电势差一、电势能静电场是保守场，可引进静电势能的概念。用试验电荷在静电场中从a点移止b点电场力作功，作为试验电荷在a、b两点处电势能改变的量度。即当场源电荷为有限带电体时，通常选取无限远处为电势能零点。取b点为无限远处，则§8.5电势能、电势和电势差一、电势能静5电势能是属于系统的，为场源电荷与试验电荷所共有。是试验电荷与电场之间的相互作用能。电势能的量值与电势能零点的选择有关是相对量。对有限的带电体，通常选无穷远处为静电势能的零点，在实际问题中有时选择地球表面为零势能。当时，电场力作正功，，电势能减少；当时，电场力作负功，，电势能增加。说明：电势能是属于系统的，为场源电荷与试验电荷所共有。是试验电荷与6二、电势

即电场中a点的电势，在量值上等于单位正电荷在该点具有的电势能；或等于单位正电荷从a点沿任意路径移到电势零点处电场力所作的功。电势的性质：10.Ua客观反映了静电场力作功的性质，与q0无关。20.Ua是标量，但有“+”，“一”Ｕa的“+”、“一”，决定于场电荷q的“+”、“一”，而与q0的正、负无关。30.Ua具有相对性：电势零点的选取。二、电势即电场中a点的电势，在量值上等于7§8.6电势的计算已知场源分布，求空间的电势分布。方法有二：电势定义法（线积分法）：电势叠加法：一、电势定义法（线积分法）场源分布选择积分路径§8.6电势的计算已知场源分布，求空间的电势分布。方8例一求点电荷q电场中电势分布。解：取无限远处作为电势零点。点电荷电场为q（1）电势值与电荷正负有关。（2）电势值与该点距场源的距离有关。在正电荷场中，离点电荷越远电势越低；在负电荷场中，离点电荷越远电势越高。例一求点电荷q电场中电势分布。解：取无限远处作9

例二求均匀带电球面电场中任一点P处的电势。设球面半径为R，总带电量为q。

解：由高斯定理求得均匀带电球面的场强分布为例二求均匀带电球面电场中任一点P10沿径向积分，得与点电荷电势相同。球面内各点电势相等，均等于球面上各点电势。沿径向积分，得与点电荷电势相同。球面内各点电势相等，均等于球11λRlrElr设柱面上电势为零E内=0r>R:r20Rlnpel=rdrEUR=ò外外

[例3]（8-23）无限长均匀带电圆柱面，半径为R，单位长度上的电量为。计算此圆柱面内、外任一点的电势。r<R：解：若选无限远处为零势点此时无法描述空间各点电势的差异！！

无限大带电平面的零势点如何选？对无限长均匀带电直线，通常取何处为电势零点？为等势区！λRlrElr设柱面上电势为零E内=0r>R:r20Rl12二、电势叠加法1.对点电荷系，场强满足场强叠加原理，即所以点电荷系电场中任一点的电势为点电荷系场中任一点的电势等于各个点电荷电场在同一场点的电势的代数和。—电势叠加原理2.对电荷连续分布的带电体,有（1）积分对场源电荷所在空间进行；（2）电势零点在无限远处；（3）电势叠加为标量叠加。二、电势叠加法1.对点电荷系，场强满足场强叠加原理，即所以13RxPdqr方法1：叠加法

[例2]求一均匀带电圆环轴线上一点的电势。

已知：q、R、Xdq如图以无穷远处作为电势零点，取电荷元③、写出积分元，积分求解②、建立坐标系确定零势点

①、分析电场分布，选择适当模型解题步骤：RxPdqr方法1：叠加法[例2]求一均匀带电圆环轴线上一14RxPxò¥=PPldEUrr方法2、定义法

②、建立坐标系，求出电场中的电场分布

以无穷远处作为电势零点，①、分析电场分布,确定零电势点③、确定积分路径，积分求解解题步骤：轴线上的场强为RxPxò¥=PPldEUrr方法2、定义法

以无穷远处作为15一.等势面电场中电势相等的点连成的面称为等势面。2.等势面的性质:(1)(2)电力线指向电势降的方向(3)等势面的疏密反映了电场强度的大小等势面1．等势面画法规定使电场中任何两个相邻等势面的电势差都相等。§8.7场强与电势的关系++++++++++一.等势面电场中电势相等的点连成的面称为等势面。2.等势面16二.电势与电场强度的关系取两个相邻的等势面，把点电荷从P移到Q，电场力做功为：电场强度的沿任意方向的投影大小等于沿过该点任意方向等势面上电势的变化率电场中某点的场强等于沿该点法线方向电势空间变化率（电势函数方向导数）的负值。在直角坐标系中：二.电势与电场强度的关系取两个相邻的等势面，把点电荷从P移17例求（2，3，0）点的电场强度。

已知解例P94页12.18例求（2，3，0）点的电场强度。18小结一.静电场环路定理：静电场强沿任意闭合路径的线积分为零.反映了静电场是保守力场，是有势场.二.电势、电势能、电势差电势：电势差：电势能：小结一.静电场环路定理：静电场强沿任意闭合路径的线积分为零19三.电势的计算（两种基本方法）1.场强积分法（由定义求）〈1〉确定分布路径上各点的总场强，若路径上各段的表达式不同，应分段积分〈3〉由电势定义〈2〉选零势点和便于计算的积分路径选取零势点的原则：使场中电势分布有确定值三.电势的计算（两种基本方法）1.场强积分法（由定义求）〈202.叠加法〈1〉将带电体划分为电荷元〈3〉由叠加原理：〈2〉选零势点，写出在场点的电势给出又一种求的方法：四.电场强度与电势的关系2.叠加法〈1〉将带电体划分为电荷元〈3〉由叠加原理：〈221五.典型带电体的电势分布3.均匀带电圆环轴线上的电势分布：1.点电荷场中的电势分布：2.均匀带电球面场中电势分布：五.典型带电体的电势分布3.均匀带电圆环轴线上的电势分布：122电势及其计算课件23电势及其计算课件241、在边长为a的等边三角形三个顶点上，放置三个正的点电荷，电量分别为q2q3q，若将另一个正的点电荷Q从无穷远处移至三角形的中心O处，外力所做的功为：1、在边长为a的等边三角形三个顶点上，放置三个正的点电252、如图：CDEF为一矩形，边长分别为L和2L，在DC的延长线上CA=L处的A点有点电荷+q，在CF的中点

B有点电荷-q，若使单位点电荷从C点沿CDEF路径移动到F点，则电场力所做的功等于：+q-qLLLLAFEDCB2、如图：CDEF为一矩形，边长分别为L和2L，在26§8.5静电场的保守性描述电场状态一、静电场的保守性（保守力场）（1）点电荷电场

设点电荷q固定于某处，另一点电荷在q产生的电场中从点a经任意路径L移动到点b,在L上任取微小位移，该处场强为，则电场力对所作的元功为qb§8.5静电场的保守性描述电场状态一、静电场的保守性（27移动有限路程L时，总功为式中dr=dlcosθ。在点电荷电场中，电场力对试验电荷所作的功，只取决与试验电荷及其始末位置，与路径无关。移动有限路程L时，总功为式中dr=dlcosθ。在28点电荷系q1、q2、…的电场中，移动q0，有abL••（2）静止的点电荷系、电荷连续分布带电体可见静电力做功只与检验电荷起点，终点的位置有关，与所通过的路径无关.静电场的这一特性称静电场的保守性。静电场是保守场。点电荷系q1、q2、…的电场中，移动q0，有abL••（2）29二、场强环流定理

单位正试验电荷沿闭合路径acbfa移动回到出发点时，电场力所作的功为静止电荷的电场：运动电荷的电场：静电场是保守场，为有源无旋场。运动电荷的电场不是保守场，为有源有旋场。L1L2ab二、场强环流定理单位正试验电荷沿闭合路径ac30§8.5电势能、电势和电势差一、电势能静电场是保守场，可引进静电势能的概念。用试验电荷在静电场中从a点移止b点电场力作功，作为试验电荷在a、b两点处电势能改变的量度。即当场源电荷为有限带电体时，通常选取无限远处为电势能零点。取b点为无限远处，则§8.5电势能、电势和电势差一、电势能静31电势能是属于系统的，为场源电荷与试验电荷所共有。是试验电荷与电场之间的相互作用能。电势能的量值与电势能零点的选择有关是相对量。对有限的带电体，通常选无穷远处为静电势能的零点，在实际问题中有时选择地球表面为零势能。当时，电场力作正功，，电势能减少；当时，电场力作负功，，电势能增加。说明：电势能是属于系统的，为场源电荷与试验电荷所共有。是试验电荷与32二、电势

即电场中a点的电势，在量值上等于单位正电荷在该点具有的电势能；或等于单位正电荷从a点沿任意路径移到电势零点处电场力所作的功。电势的性质：10.Ua客观反映了静电场力作功的性质，与q0无关。20.Ua是标量，但有“+”，“一”Ｕa的“+”、“一”，决定于场电荷q的“+”、“一”，而与q0的正、负无关。30.Ua具有相对性：电势零点的选取。二、电势即电场中a点的电势，在量值上等于33§8.6电势的计算已知场源分布，求空间的电势分布。方法有二：电势定义法（线积分法）：电势叠加法：一、电势定义法（线积分法）场源分布选择积分路径§8.6电势的计算已知场源分布，求空间的电势分布。方34例一求点电荷q电场中电势分布。解：取无限远处作为电势零点。点电荷电场为q（1）电势值与电荷正负有关。（2）电势值与该点距场源的距离有关。在正电荷场中，离点电荷越远电势越低；在负电荷场中，离点电荷越远电势越高。例一求点电荷q电场中电势分布。解：取无限远处作35

例二求均匀带电球面电场中任一点P处的电势。设球面半径为R，总带电量为q。

解：由高斯定理求得均匀带电球面的场强分布为例二求均匀带电球面电场中任一点P36沿径向积分，得与点电荷电势相同。球面内各点电势相等，均等于球面上各点电势。沿径向积分，得与点电荷电势相同。球面内各点电势相等，均等于球37λRlrElr设柱面上电势为零E内=0r>R:r20Rlnpel=rdrEUR=ò外外

[例3]（8-23）无限长均匀带电圆柱面，半径为R，单位长度上的电量为。计算此圆柱面内、外任一点的电势。r<R：解：若选无限远处为零势点此时无法描述空间各点电势的差异！！

无限大带电平面的零势点如何选？对无限长均匀带电直线，通常取何处为电势零点？为等势区！λRlrElr设柱面上电势为零E内=0r>R:r20Rl38二、电势叠加法1.对点电荷系，场强满足场强叠加原理，即所以点电荷系电场中任一点的电势为点电荷系场中任一点的电势等于各个点电荷电场在同一场点的电势的代数和。—电势叠加原理2.对电荷连续分布的带电体,有（1）积分对场源电荷所在空间进行；（2）电势零点在无限远处；（3）电势叠加为标量叠加。二、电势叠加法1.对点电荷系，场强满足场强叠加原理，即所以39RxPdqr方法1：叠加法

[例2]求一均匀带电圆环轴线上一点的电势。

已知：q、R、Xdq如图以无穷远处作为电势零点，取电荷元③、写出积分元，积分求解②、建立坐标系确定零势点

①、分析电场分布，选择适当模型解题步骤：RxPdqr方法1：叠加法[例2]求一均匀带电圆环轴线上一40RxPxò¥=PPldEUrr方法2、定义法

②、建立坐标系，求出电场中的电场分布

以无穷远处作为电势零点，①、分析电场分布,确定零电势点③、确定积分路径，积分求解解题步骤：轴线上的场强为RxPxò¥=PPldEUrr方法2、定义法

以无穷远处作为41一.等势面电场中电势相等的点连成的面称为等势面。2.等势面的性质:(1)(2)电力线指向电势降的方向(3)等势面的疏密反映了电场强度的大小等势面1．等势面画法规定使电场中任何两个相邻等势面的电势差都相等。§8.7场强与电势的关系++++++++++一.等势面电场中电势相等的点连成的面称为等势面。2.等势面42二.电势与电场强度的关系取两个相邻的等势面，把点电荷从P移到Q，电场力做功为：电场强度的沿任意方向的投影大小等于沿过该点任意方向等势面上电势的变化率电场中某点的场强等于沿该点法线方向电势空间变化率（电势函数方向导数）的负值。在直角坐标系中：二.电势与电场强度的关系取两个相邻的等势面，把点电荷从P移43例求（2，3，0）点的电场强度。

已知解例P94页12.18例求（2，3，0）点的电场强度。44小结一.静电场环路定理：静电场强沿任意闭合路径的线积分为零.反映了静电场是保守力场，是有势场.二.电势、电势能、电势差电势：电势差：电势能：小结一.静电场环路定理：静电场强