高三物理竞赛-第一章真空中的静电场-课件

电磁学关于校长在家长会上公众讲话今天我讲话的题目是《顶风逆寒苦心在,家校携手人胜天》。这几天气温骤然下降,此时此刻,老师们和同学们正经历着凛冽的冬风和无情的严寒的磨砺。如果我们畏惧严寒而在冬天的面前缩手缩脚甚至退避三舍;如果我们畏惧困难而在教学的竞争中裹步不前甚至苟且偷安;那么,请让我们一起回味前天家长会上在我校发生的那动人的一幕吧。月日,我校召开了高一年级的学生家长会议。这一天,气温降到了入冬以来的最低点,而天公却又偏偏不作美,不仅阴风怒号,而且凄雨侵寒。但所有这一切,并未能阻挡家长们望子成龙、望女成凤的急促脚步。他们放下工作,放弃休息,着雨披、撑雨伞、顶冷雨、逆寒风,从全市各个方向匆匆而赶来。寒冷的空气遮不住他们脸上热切的期盼;冰凉的雨滴浇不灭他们心头养育的热情。从广播会议上聚精会神的聆听中,我们似乎触摸到了家长们的良苦用心,从会后不厌其烦的交流沟通中,我们品尝了家长养育孩子的辛酸和困惑;从临别前的千般叮咛万般嘱托的殷切期盼中,我们体会到了家长老牛舐犊般的伟大与艰辛!可以认为,这次家长会议开得很成功。这不仅表现为在恶劣的天气情况下全校仍有的家长到会率,更表现为所有到会家长的负责精神第1章真空中的静电场

§1库仑定律

§2电场电场强度

§3静电场的高斯定理

§4静电场的环路定理电势

§1库仑定律§2电场和电场强度一、电场二、电场强度三、电场强度的计算一、电场----电场强度1.电场的宏观表现对放其内的任何电荷都有作用力电场力对移动电荷作功----电势电荷周围存在电场2.静电场

相对于观察者静止的电荷产生的电场是电磁场的一种特殊形式二、电场强度描述电量为Q的带电体在空间产生电场中各点电场强弱的物理量是----电场强度思考:试验电荷必须满足两小电量充分地小线度足够地小试验表明：确定场点比值与试验电荷无关电场强度定义定义方法：为什么？三、电场强度的计算1.点电荷Q的场强公式要解决的问题是：场源点电荷Q的场中各点电场强度。解决的办法：根据库仑定律和场强的定义。由库仑定律有首先，将试验点电荷q放置场点P处1)球对称由库仑定律由场强定义2)场强方向：正电荷受力方向由上述两式得讨论2.点电荷系的场强如果带电体由n

个点电荷组成，如图由电力叠加原理由场强定义整理后得或根据电力叠加原理和场强定义如果带电体电荷连续分布，如图把带电体看作是由许多个电荷元组成，然后利用场强叠加原理求解。P3.连续带电体的场强体电荷密度面电荷密度线电荷密度电荷密度例：求电偶极子中垂线上一点的电场强度。电偶极子：一对等量异号的点电荷系。电偶极矩:

p=ql解：由对称性分析Ey=01.将带电体分割成无限多个电荷元。2.电荷元的场3.由场叠加原理连续带电体场强的计算1.建立坐标系。2.确定电荷密度:4.确定电荷元的场5.求场强分量Ex、Ey。求总场体dq=dV,3.求电荷元电量：体

,面,线面dq=dS,线dq=dl。解题思路及应用举例例1：均匀带电直线长为2l，带电量q,求中垂线上一点的电场强度。解:线电荷密度由场对称性,Ey=0讨论1.l>>x

，无限长均匀带电直线，2.x>>l

，无穷远点场强，相当于点电荷的电场。查积分表例2：均匀带电圆环半径为R，带电量为q,求：圆环轴线上一点的场强。解：电荷元dq的场由场对称性

Ey=0r与x都为常量讨论1.环心处：x=0,E=02.当x>>R,相当于点电荷的场。§3静电场的高斯定理一、电力线二、电通量三、静电场的高斯定理

一、电力线为形象描绘静电场而引入的一组空间曲线。1.规定方向：电力线上某点的切线方向为该点的场强方向。大小：垂直穿过单位面积的电力线根数。或电力线面密度。3.电力线形状正电荷负电荷一对等量异号电荷的电力线一对等量正点电荷的电力线一对异号不等量点电荷的电力线带电平行板电容器的电场+++++++++电力线性质1.电力线始于正电荷，终止于负电荷，不会在无电荷处中断，电力线为非闭合曲线。2.在没有电荷处两条电力线不能相交。3.电力线密处场强大，电力线疏处场强小。4.沿电力线方向为电势降的方向。二、电通量三、静电场的高斯定理四选取高斯面原则(求E时)2.高斯面要经过所研究的场点。1.要求电场具有高度对称性。3.高斯面应选取规则形状。4.面上各点的场强大小相等，方向与高斯面法线方向一致。写成5.高斯面上某一部分各点的场强方向与高斯面法线方向垂直，该部分的通量为0。五、解题方法及应用举例1.场对称性分析。2.选取高斯面。3.确定面内电荷代数和4.应用定理列方程求解。。例1：半径R、带电量为q的均匀带电球体，计算球体内、外的电场强度。解：1.球体外部r>R作半径为r的球面；面内电荷代数和为高斯面球面上各点的场强E大小相等，方向与法线同向。高斯面与点电荷的场相同。2.球体内部r<R作半径为r的球面；面内电荷代数和为高斯面球面上各点的场强E大小相等，方向与法线相同。例2：无限长带电直线，线电荷密度为，计算电场强度E。解：作半径为r高为h的闭合圆柱面，侧面上各点的场强E大小相等，方向与法线相同。例3：无限大带电平面，面电荷密度为，求平面附近某点的电场强度。解：作底面积为S，高为h的闭合圆柱面，例4：两无限大带电平面（平行板电容器），面电荷密度分别为+和-，求：电容器内、外的电场强度。解：极板左侧极板右侧两极板间§4静电场的环路定理电势一、静电场力的功电势能二、静电场的环路定理电势三、电势的计算

1.点电荷的场在q的电场中将检验电荷q0从a点移动到b点，电场力作功为：一.静电场力的功电势能点电荷的场（1）电场力的功只与始末位置有关，而与路径无关，电场力为保守力，静电场为保守场。（2）静电场力作功等于相应电势能的减量1.定理表述

静电场中电场强度沿闭合路径的线积分等于零。二.静电场的环路定理电势2.定理证明移动电荷q0沿闭合路径一周电场力作功：证毕电场力移动单位电荷沿闭合路径一周所作的功为0。3.电势1.点电荷的电势三.电势的计算2.点电荷系的电势3.连续带电体的电势将带电体分割成无限多个电荷元，例1：在正方形四个顶点上各放置+q、+q、-q、-q四个电荷，求正方形中心o点的电势V。解：由第一类问题：点电荷系电势的计算。例2：均匀带电圆环，半径为R，带电为q，求圆环轴线上一点的电势V。解：方法1：叠加法将圆环分割成无限多个电荷元：环上各点到轴线等距。第二类问题：连续带电体。方法1：叠加法例3：均匀带电圆盘，半径为R，带电为q，求圆盘轴线上一点的电势V。解：将圆盘分割成无限多个同心圆环，电荷面密度由上题结论讨论：当x>>R时，级数展开带电体距场点很远时，可视为点电荷。例4：均匀带电球壳半径为R，电量为q，求：球壳内、外的电势分布。第三类问题：连续带电体。方法2：定义法——具有高度对称的场。高斯面III解：

I区：球壳内电势选无穷远为电势0点，II区：球壳外电势选无穷远为电势0点，高斯面IIIIIII