高二物理竞赛静电场和稳恒电场课件

静电场和稳恒电场一、基本要求1．掌握静电场的电场强度和电势的概念以及电场强度的叠加原理和电势叠加原理。掌握电势与电场强度的积分关系，了解场强和电势的微分关系，能计算一些简单问题中的电场强度和电势。2．理解静电场的规律(高斯定理和环路定理)。掌握用高斯定理计算电场强度的条件和方法，并能熟练应用。3．理解电容的定义及其物理意义。☆4．了解静电场的物质性。理解电能密度的概念。在一些简单对称情况下，能计算静电场里储存的场能。5．了解导体的静电平衡条件。6．了解介质的极化现象及其微观解释。了解各向同性介质中和之间的关系和区别。了解介质中的高斯定理。7．理解电流强度和电流密度的概念。了解电流场、电流线和电流稳横条件。8．了解稳恒电场的性质。9．理解电动势的概念。能应用欧姆定律计算简单电路。10．了解金属导电的电子理论。☆二、内容提要1.电荷及电荷守恒定律电荷处于带电状态的物体称为带电体。物体带电只有两种：正电荷和负电荷。表示物体所带电荷量值的物理量称为电量。基本的电现象是同种电荷相斥，异种电荷相吸。由物质电结构知：摩擦起电的本质是两种物体中产生了电子的转移。每个电子的电量是目前实验观察到的电荷的最小单位（），可见物体所带电量不是以连续方式出现，而总以一个个不连续的量值出现，称为电荷的量子化。所谓物体带电，是指它的“净电荷”，即物体内包含的正电荷和负电荷的代数和。☆电荷守恒定律

电荷既不能被创造，也不能被消灭，电荷只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。事实表明，在一个孤立系统内，无论发生怎样的物理过程，该系统电量的代数和总保持不变。它是物理学中基本定律之一。☆2．库仑定律真空中，两个点电荷（和）之间的相互作用力的大小正比于两者电量的乘积，反比于两者距离的平方真空的介电常数

作用力方向沿两点电荷连线，同种电荷相斥，异种电荷相吸。☆3．电场和电场强度电场理论和实践都已证明：电荷周围空间伴随有电场。电荷与电荷之间的相互作用是通过电场进行传递的。电场对电荷的作用力称为电场力。库仑力本质上是电场力。电场也是一种客观存在的物质形态，它具有质量、能量、动量和角动量。静电场是相对观察者静止的电荷周围空间产生的电场，它是电磁场的一种特殊形态。电场对外表现的性质有：(1)对引入电场中的电荷有作用；(2)电荷在电场中移动时电场力做功，这也表明电场具有能量。电场强度

电场强度是定量描述电场对电荷有作用力性质的物理量。电场强度的定义为

在国际单位制中，电场强度的单位是牛顿／库仑()。

为场中某点放置的试验电荷的电量；为在该点所受的电场力；为场中该点的电场强度。

注意：(1)电场强度是表征电场中某一点电场力的特性的物理量，是矢量，其方向为正试验电荷在该点受力的方向，大小为单位正试验电荷在该点受力的大小。(2)场中一般是空间位置的函数，可表示为，通常，对电场中的不同点来说，电场强度矢量的大小和方向是不同的，这种电场称为非均匀电场。特殊情况下，电场中不同点的电场强度大小和方向都相同，这样的电场称为均匀电场。场强叠加原理

在由若干个点电荷形成的电场中，任一点的总场强等于各点电荷在该点单独产生的场强的矢量和电场强度的计算

由场强定义并应用库仑定律场强叠加原理，得到三种类型场源电荷产生电场的场强计算公式：(1)点电荷的电场

(2)点电荷系的电场

(3)电荷连续分布的带电体的场强对于连续带电体，先把带电体微分，将看作点电荷，求出点电荷在场点产生的电场强度再矢量叠加带电粒子在外场中所受的作用

当带电粒子可看成点电荷时，其在外电场中受力为电偶极子在均匀外电场中将受力矩作用

称为电偶极矩；

为从指向的有向线段。

4．高斯定理及应用电场线(又称电力线)

电场线是形象描述电场分布的一簇空间曲线。电场线上任一点的切线方向表示该点场强的方向，电场线分布的疏密程度表示该处场强的大小。电通量

设想在电场中有一个曲面，定义一个物理量

称为通过该曲面的电场强度通量。

也可以形象地说为穿过该曲面的电场线“数目”

是曲面上的面积元的矢量表示

通过任意封闭曲面的电通量为规定的方向为面积元的外法线方向。

因此，电场线从封闭曲面内向外穿出时电通量为正值，电场线从封闭曲面外穿进时电通量为负值。高斯定理