大学物理静电场课件

第三篇电磁学第一页，编辑于星期六：二十一点四十六分。第八章静止电荷的电场主要内容描述静电场的两个基本物理量：电场强度和电势静电场的两个基本定理：高斯定理和环流定理电势与电场的关系

相对于观察者为静止的电荷称为静电荷。它在空间所产生的场为静电场，它是电磁场的一种特殊状态。重点讨论真空中的静电场。第二页，编辑于星期六：二十一点四十六分。电相互作用库仑定律静电场稳恒电场电场强度电通量高斯定理环路定理电势静电场的基本性质与带电粒子的相互作用导体的静电平衡电位移矢量介质中高斯定理电介质极化电场能静电力叠加原理电容结构框图第三页，编辑于星期六：二十一点四十六分。重点真空中的库仑定律点电荷的概念电场强度矢量场强叠加原理难点电场强度矢量的计算（叠加法）第四页，编辑于星期六：二十一点四十六分。§8.1静电的基本性质一、电荷的极性电荷的概念

把带电体所带的电称为电荷。正电荷和负电荷物体带电的方法++AB++AB++AB①、接触起电（电荷的转移，电子的转移）②、感应起电+AB-+C-+AB+C③、摩擦起电第五页，编辑于星期六：二十一点四十六分。二、电荷的守恒性

在一个孤立的带电系统中（即没有净电荷通过其界面），无论发生怎样的物理过程，系统所具有的正负电荷电量的代数和总是保持不变。——电荷的守恒定律电荷的运动不变性

一个电荷的电量与它的运动状态无关，即系统所带电荷与参考系的选取无关。物体带电的本质

两种物体间发生了电子的转移。即一物体失去电子带正电，另一物体得到电子带负电。三、电荷的量子性电量

电荷的量子性密立根油滴实验第六页，编辑于星期六：二十一点四十六分。四、库仑定律电性力

同号电荷相斥，异号电荷相吸。这种相互作用称为电性力。1785年

法国物理学家库仑（C.A.Coulomb）扭秤实验点电荷（理想模型）

当带电体的大小和带电体之间的距离相比很小时，这种带电体就可看作点电荷。（忽略其形状和大小）真空中的库仑定律矢量式：第七页，编辑于星期六：二十一点四十六分。目的：使后面的大量电磁学公式不出现因子。引入真空电容率(1986年推荐值)：第八页，编辑于星期六：二十一点四十六分。P•q0q1•••q2qN•Qdqq0•P②、带电体------矢量积分①、点电荷系------矢量和(平行四边形法则)库仑力符合矢量叠加性那么电荷之间的作用是通过什么作用的呢？第九页，编辑于星期六：二十一点四十六分。§8.2电场和电场强度一、电场场论观点（法拉第）

没有物质，物体之间的相互作用是不可能发生的。根据场论观点：（1）特殊媒介物质——电场相互作用电荷电荷电场电荷电荷电场激发电场力（2）电场力（3）电场是物质的一种特殊形态，不仅存在于带电体内，而且存在于带电体外，弥漫在整个空间。第十页，编辑于星期六：二十一点四十六分。静电场

静止电荷周围的电场称为静电场（该电荷称为场源电荷）。（1）静电场仅是电磁场的一种特殊形态。（2）电磁场与实物物质一样具有质量、能量、动量等。（3）电磁场可同时在空间叠加。静电场的重要表现用、来分别描述静电场的上述两项性质（1）场中任何带电体都受电场力作用—

动量传递（2）带电体在电场中移动时，场对带电体做功—能量传递(3)静电场对放在其中的导体有感应作用，对置于其中的电介质有极化作用第十一页，编辑于星期六：二十一点四十六分。二、电场强度场源电荷：产生电场的点电荷、点电荷系、或带电体.引入试验电荷

——点电荷（电量足够小，不影响原电场分布）定义：电场强度（场强）

电场中某点的电场强度在量值上等于放在该点的单位正试验电荷所受的电场力，其方向与正试验电荷受力方向一致。第十二页，编辑于星期六：二十一点四十六分。一般情况：——（为空间矢量点函数。）单位（SI）：1、点电荷的场强根据库仑定律，有+q-q本章的重点第十三页，编辑于星期六：二十一点四十六分。2、点电荷系的场强

设场源由

n

个点电荷组成，作用在场中某点P处试验电荷上的力为各点电荷所产生的力的矢量和。场强叠加原理第十四页，编辑于星期六：二十一点四十六分。分量式：大小：方向：

点电荷系在某点产生的场强，等于每一个点电荷单独存在时在该点分别产生的场强的矢量和。——场强叠加原理点电荷系的电场强度公式第十五页，编辑于星期六：二十一点四十六分。电荷体密度电荷面密度电荷线密度3、电荷连续分布带电体的场强分布P第十六页，编辑于星期六：二十一点四十六分。三.计算场强分布的基本方法由定义求.由高斯定理求.计算

方法由点电荷

公式和

叠加原理求.由

与

的关系求.基本方法：已知场源电荷分布将带电体看成许多点电荷的集合原则上可求出任意场源电荷的场强分布点电荷场强公式和场强叠加原理第十七页，编辑于星期六：二十一点四十六分。2.点电荷系1.点电荷场强公式3.连续带电体球对称分布第十八页，编辑于星期六：二十一点四十六分。例1.电偶极子的电场是由电介质极化，电磁波的发射、接收，中性原子间相互作用……总结出的理想模型.分子分子无外场电偶极子：相距很近的等量异号电荷描述其性状－电偶极矩：第十九页，编辑于星期六：二十一点四十六分。求电偶极子轴线延长线上的场强A

的场强-qqlXAxo解：E+E-第二十页，编辑于星期六：二十一点四十六分。计算电偶极子中垂线上任一点B的场强。

-qqlrBEBE+E-解：因为r>>l所以第二十一页，编辑于星期六：二十一点四十六分。例2.均匀带电细棒的电场。已知：电荷线密度场点求：

解：建立坐标系取方向：与+x

夹角为大小：第二十二页，编辑于星期六：二十一点四十六分。各电荷元在P点场强方向不同，应该用分量积分：统一变量：第二十三页，编辑于星期六：二十一点四十六分。得：讨论：对靠近直线场点如何？第二十四页，编辑于星期六：二十一点四十六分。即理想模型—无限长带电直线场强公式：练习：如图所示已知：求：AB所受无限长带电直线的力由对称性可知场强方向垂直于带电直线。第二十五页，编辑于星期六：二十一点四十六分。解：建立如图坐标.在AB上坐标x处取电荷元无限长带电直线在x处的场强dq受力大小：写成矢量式：的指向取决于是同号还是异号.第二十六页，编辑于星期六：二十一点四十六分。

例3.均匀带电细圆环轴线上的电场求：已知：，场点第二十七页，编辑于星期六：二十一点四十六分。各电荷元在P

点方向不同，分布于一个圆锥面上，将分解为平行于x

轴的分量和在垂直于x

轴平面内的分量由分布的对称性可知第二十八页，编辑于星期六：二十一点四十六分。讨论：环心处第二十九页，编辑于星期六：二十一点四十六分。例4、求均匀带电圆盘轴线上任一点的电场。已知：q，R，xRrdr解：由例3均匀带电圆环轴线上一点的电场xP第三十页，编辑于星期六：二十一点四十六分。讨论：１.当<<xR可视为点电荷的电场第三十一页，编辑于星期六：二十一点四十六分。２.当xR>>无限大均匀带电平面的场强，匀强电场第三十二页，编辑于星期六：二十一点四十六分。ⅠⅡⅢ三个区域的电场强度E=？

用两个平行带电板靠近后，在两极板之间就得到均匀电场，这就是获得匀强电场的方法。第三十三页，编辑于星期六：二十一点四十六分。例4、无限大带正电平面上有一个半径为R的园洞，求平面外轴线上一点P的场强。PxR解：用挖补法所求P点的场强可认为是无限大带正电平面在P点产生场强，与半径为R的带负电圆面在P点产生场强的失量叠加。第三十四页，编辑于星期六：二十一点四十六分。PxR方向→方向←第三十五页，编辑于星期六：二