高二物理竞赛静电场和稳恒电流课件

静电场和稳恒电流在电荷移动过程中，外力必须做功。外力做的功转化为电能而储存在电场中。孤立导体或电容器储存的电能为

是孤立导体的电势或电容器两极板之间的电势差

带电系统周围伴随有静电场。实际上，带电系统的能量储存在整个电场空间中，是电场的能量。单位体积内的电场能量，即能量体密度为整个电场空间的总能量

积分对整个电场所在的空间进行

电流

电流是电荷的宏观定向运动。

电流强度

是描述电流强弱的物理量，它是标量，表示单位时间通过某一截面的电量电流密度

是描述电流分布细节的物理量，它是矢量，其大小等于通过与电荷移动方向垂直的单位面积的电流强度，其方向为正电荷移动方向电流密度矢量可计算通过任意面积的电流强度电流连续性方程

由电荷守恒定律，在单位时间内，从任意闭合曲面内流出的电荷等于该闭合曲面内总电荷的减少电流稳恒条件

稳恒电流时，电荷分布不随时间改变，因此

该式称为电流连续性方程。稳恒电场同静电场一样，也是保守力场，可以引入电势概念，它遵守高斯定理与场强环路定理等基本规律。由于导体内部存在电流，导体内部场强不为零，导体不是等势体。电源

要在导体中维持稳恒电流、稳恒电场，必须要有电源。电源是能够提供非静电力把其他形式的能量转换为电能的装置。电源的作用是能够克服静电力做功，迫使正电荷从低电势处经电源内部移向高电势处。不同电源，非静电力做功的本领不同，常用电源电动势来表示

电源电动势在量值上等于非静电力把单位正电荷从电源负极经电源内部移到电源正极所能做的功。

非静电力可表示成的形式。这理的称为非静电场强，它在量值上等于单位正电荷所受的非静电力。电源电动势还可表示为单位正电荷从电源负极移到正极非静电力所做的功

在整个闭合回路上都存在非静电场时

它表明电动势在量值上等于非静电力使单位正绕闭合回路一周所做的功。或等于沿闭合回路的线积分。欧姆定律的微分形式

导体内部任意一点的电流密度与该点场强有如下关系

为电导率

闭合电路的欧姆定律

闭合电路中，电流强度等于电源电动势的总和与总电阻之比

电源的端电压电子气

金属中自由电子的运动与气体分子的热运动类似，称为电子气

漂移速度

自由电子在外电场作用下本应作定向加速运动，由于频繁碰撞，形成近似的定向匀速运动，其平均速度(又称为电子的平均漂移速度)为由电子漂移速度可计算电流密度

为自由电子的数密度

为电子在两次碰撞之间的平均时间

1．怎样理解高斯定理?答：对于真空中的静电场，高斯定理的数学表示为左边是通过闭合面的的总通量，等于闭合面之内所包围的电荷的代数和除以。要注意，闭合面上各点的电场强度是闭合面内、外所有电荷共同产生的合场强，不仅仅是高斯面内的电荷产生的场强。

☆如果闭合面内电荷代数和为零，只能说明通过闭合面的电通量为零，而闭合面上各点却不一定为零。高斯定理是反映静电场性质的基本定理之一，对任意的静电场和任意形状的闭合曲面都适用。

但在应用高斯定理求场强时却要求：

第一，电荷分布有高度对称性。第二，要选取合适的高斯面。使得由高斯定理能求出场强来。

☆2．电势零点的选择是完全任意的吗?答：由定义来看，电势只具有相对值，从这个意义上说，电势零点选择是完全可以任意的。但是在理论研究中，往往要采用一些抽象模型，如无限大带电体、点电荷等，在这种情形下，电势零点应该这样选定，使得电场中各点的电势具有确定的值。例如，无限大均匀带电平面，由于电荷分布在无限范围，就不能选无限远处的电势为零，通常选带电平面本身的电势为零。又如点电荷，因为电荷集中在一个点上，通常选无限远处为电势零点。无限长带电直线的电势零点既不能选在其本身上，也不能选在无限远处，只能选空间中的其他任意点。☆3．能否单独用电场强度来描述电场的性质?

为什么要引入电势?

答：能够单独用电场强度来描述电场的性质。但是，引入电势既可以从不同角度加深对电场的认识，也可简化计算，因为电势是标量，一般情况下计算比计算方便，求得后，根据电势与场强的微分关系，即可得电场强度了☆4．电势与场强的关系式有积分形式和微分形式。计算时在怎样的情况下用积分形式较方便。在怎样的情况下用微分微分形式比较方便。答：电势与场强的关系有微分形式

积分形式

当场强分布已知或带电系统的电荷分布具有一定对称性，因场强宜用高斯定理求出，用积分形式计算电势方便。当带电系统的电荷分布已知，电荷分布的对称性又不明显时，宜用电势叠加法

计算电势，再用微分形式计算场强。

☆5．假如电场力的功与路径有关，定义电势的公式还有没有意义?

从原则上讲，这时还能不能引入电势的概念

答：假若电场力的功与路