授課教師XXX第四章靜電場第一節(jié)庫侖定律第二節(jié)電場強(qiáng)度第三節(jié)電場強(qiáng)度通量高斯定理

第四章靜電場第四節(jié)環(huán)路定理電勢第五節(jié)電場強(qiáng)度與電勢的關(guān)系4.1庫侖定律掌握庫侖定律。掌握靜電力疊加原理。了解靜電力在工業(yè)中的應(yīng)用。學(xué)

習(xí)

要

求情境與問題如何精確控制靜電卡盤吸附力的大小，使其適應(yīng)不同的工藝和應(yīng)用要求呢？1電荷的量子化電荷守恒定律一、電荷的量子化電荷守恒定律1.兩種電荷（正、負(fù)）帶電體所帶電荷的多少叫電量（q、Q）2.電荷的量子性絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷為正電荷毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷為負(fù)電荷一、電荷的量子化電荷守恒定律3.電荷守恒定律電荷既不能單獨(dú)產(chǎn)生，也不能消失，它只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，在轉(zhuǎn)移過程中，系統(tǒng)的電荷總數(shù)保持不變.

電荷守恒定律是物理學(xué)中普遍的基本定律2庫侖定律二、庫侖定律1.點(diǎn)電荷dr<<qrd觀察點(diǎn)P理想模型法大小和形狀可以忽略不計的帶電體2.庫侖定律

大小：方向：和同號相斥，異號相吸.

稱為真空電容率或真空介電常數(shù)兩靜止點(diǎn)電荷之間的庫侖力依然滿足牛頓第三定律二、庫侖定律

粒子的帶電量為

2e，金原子核帶電量為

79e，由庫侖定律可得排斥力大小為解

二、庫侖定律二、庫侖定律3.靜電力疊加原理兩個以上點(diǎn)電荷對一個點(diǎn)電荷的作用力，等于各個點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時對該點(diǎn)電荷作用力的矢量和.

知識拓展靜電力應(yīng)用1.靜電噴涂技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車制造和家具涂裝行業(yè)；2.靜電除塵器在凈化工業(yè)廢氣和空氣中效果顯著；3.靜電力通過吸引作用，在產(chǎn)品的組裝、粘接和固定過程發(fā)揮重要作用；4.靜電力還能分離不同電荷的顆粒，為礦石處理和顆粒物料分選提供了有效的技術(shù)手段?？萍寂c物理靜電紡絲靜電紡絲技術(shù)制造的納米纖維聚合物溶液或熔體被拉伸成細(xì)絲的瞬間1.2.

靜電力疊加原理：

感謝***【查閱資料】通過查閱資料，了解庫侖定律的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)過程，感悟科學(xué)精神?！咀鳂I(yè)】PX4-X；4-X第一節(jié)庫侖定律第二節(jié)電場強(qiáng)度第三節(jié)電場強(qiáng)度通量高斯定理

第四章靜電場第四節(jié)環(huán)路定理電勢第五節(jié)電場強(qiáng)度與電勢的關(guān)系4.2電場強(qiáng)度掌握電場的概念、電場強(qiáng)度的定義。理解電場疊加原理的意義。掌握用疊加方法計算點(diǎn)電荷系和電荷連續(xù)分布的帶電體的電場。學(xué)

習(xí)

要

求了解靜電場在工業(yè)中的應(yīng)用。情境與問題靜電檢測器與待測物體并不直接接觸，它是如何判斷物體是否帶有靜電荷的呢？1電場和電場強(qiáng)度一、電場和電場強(qiáng)度1.靜電場電荷電場電荷物質(zhì)實(shí)物場靜電場:相對于觀察者靜止的帶電體在周圍空間激發(fā)的電場一、電場和電場強(qiáng)度場源電荷檢驗(yàn)電荷（1）

檢驗(yàn)電荷

點(diǎn)電荷電荷量足夠小2.電場強(qiáng)度（2）

電場強(qiáng)度

同一個位置單位

牛/庫（N/C）或伏/米（V/m）2電場強(qiáng)度的計算二、電場強(qiáng)度的計算1.點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度2.點(diǎn)電荷系的電場強(qiáng)度場源電荷1檢驗(yàn)電荷

檢驗(yàn)電荷受多個電場力3.電場強(qiáng)度疊加原理場源電荷2二、電場強(qiáng)度的計算二、電場強(qiáng)度的計算4.連續(xù)分布電荷的電場強(qiáng)度（體分布）+電荷體密度

二、電場強(qiáng)度的計算4.連續(xù)分布電荷的電場強(qiáng)度（面分布）電荷面密度

+

二、電場強(qiáng)度的計算4.連續(xù)分布電荷的電場強(qiáng)度（線分布）電荷線密度

例2求均勻帶電細(xì)桿中垂面上任意一點(diǎn)（位于桿外）的電場強(qiáng)度，設(shè)細(xì)桿的長度為L，電荷線密度為λ。dq1=λdy解二、電場強(qiáng)度的計算

由于對稱性

當(dāng)均勻帶電細(xì)桿無限長時例3求半徑為R的均勻帶電圓環(huán)軸線上任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度，設(shè)圓環(huán)上電荷線密度為λ。解二、電場強(qiáng)度的計算由于對稱性

知識拓展電場強(qiáng)度應(yīng)用1.在電力工程領(lǐng)域，設(shè)計電線和變壓器的布局時，需要考慮電場強(qiáng)度因素以確保電力傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性；2.在電子工程領(lǐng)域，電場強(qiáng)度對電子信號的傳輸和穩(wěn)定性有重要影響；3.在航空、醫(yī)療、通信等領(lǐng)域，要確保設(shè)備在工作時產(chǎn)生的電磁場不會對周圍環(huán)境造成干擾；4.在石油化工、木材加工等領(lǐng)域，需要根據(jù)電場強(qiáng)度分布設(shè)計和實(shí)施適當(dāng)?shù)撵o電防護(hù)措施;5.在能源領(lǐng)域，電場強(qiáng)度會影響電池儲能系統(tǒng)的性能。航天與物理離子推進(jìn)器離子推進(jìn)器工作原理示意圖離子推進(jìn)系統(tǒng)1.2.3.

感謝***【查閱資料】以小組為單位，了解電場強(qiáng)度分布在各工程領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，并對至少一種應(yīng)用原理進(jìn)行交流與討論?！咀鳂I(yè)】PX4-X；4-X第三節(jié)電場強(qiáng)度通量高斯定理

第四章靜電場第一節(jié)庫侖定律第二節(jié)電場強(qiáng)度第四節(jié)環(huán)路定理電勢第五節(jié)電場強(qiáng)度與電勢的關(guān)系4.3電場強(qiáng)度通量高斯定理理解電場線、電通量的概念。掌握高斯定理，掌握應(yīng)用高斯定理計算求解有特定對稱性的電荷分布的電場。了解特殊電場在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。學(xué)

習(xí)

要

求情境與問題為什么使用防靜電袋對電子產(chǎn)品進(jìn)行包裝后，能防止外部靜電的干擾呢？1電場線一、電場線1.電場線①切線方向?yàn)殡妶鰪?qiáng)度方向(1)規(guī)定(2)特點(diǎn)①始于正電荷，止于負(fù)電荷，非閉合線.②疏密表示電場強(qiáng)度的大?、谌魏蝺蓷l電場線不相交.

電場線密度一、電場線2.典型電場的電場線分布圖正點(diǎn)電荷負(fù)點(diǎn)電荷一、電場線2.典型電場的電場線分布圖一、電場線2.典型電場的電場線分布圖等量異號點(diǎn)電荷等量正點(diǎn)電荷一、電場線2.典型電場的電場線分布圖多電荷一、電場線2.典型電場的電場線分布圖等量異號金屬板點(diǎn)電荷與金屬板區(qū)域內(nèi)場強(qiáng)處處相等勻強(qiáng)電場一、電場線2.典型電場的電場線分布圖2電通量二、電通量

通過電場中某一個面的電場線條數(shù)叫做通過該面的電場強(qiáng)度通量，簡稱電通量(Фe

)

平面與電場強(qiáng)度垂直平面與電場強(qiáng)度夾角θ

非勻強(qiáng)電場，曲面S.二、電通量

非勻強(qiáng)電場，曲面S.閉合曲面S例4三棱柱體放置在如圖所示的勻強(qiáng)電場中，求通過此三棱柱體的電通量。解二、電場強(qiáng)度的計算整個三棱柱體僅1,2兩個面存在電通量三棱柱體的總電通量3高斯定理1.點(diǎn)電荷在球形高斯面的圓心處

2.點(diǎn)電荷在球形高斯面的圓心處通過球面S1的電場線也必通過任意曲面S，即它們的電通量相等

3.點(diǎn)電荷在閉合曲面以外穿進(jìn)曲面的電場線條數(shù)等于穿出曲面的電場線條數(shù)4.點(diǎn)電荷系的電通量

閉合面S內(nèi)部有電荷q1,q2…qn，外部有電荷Q1,Q2…Qm，根據(jù)電場強(qiáng)度疊加原理=0

三、高斯定理5.高斯定理

在真空靜電場中，穿過任意閉合曲面的電場強(qiáng)度通量等于該閉合曲面所包圍電荷的代數(shù)和除以真空介電常數(shù)

。

(1)高斯面：閉合曲面.(2)電通量：穿出為正，穿進(jìn)為負(fù).(3)僅面內(nèi)電荷對電通量有貢獻(xiàn).(4)電磁場理論的基本方程之一.討論4高斯定理的應(yīng)用一般步驟（1）對稱性分析，確定電場線形狀；（2）選擇合適的高斯面（平行或垂直電場線）；（3）應(yīng)用高斯定理計算.四、高斯定理的應(yīng)用例

5

求均勻帶電球面內(nèi)、外的電場強(qiáng)度。設(shè)球面半徑為R，帶電量為＋Q。二、電場強(qiáng)度的計算解對稱性分析：球?qū)ΨQ高斯面：閉合球面

(1)

(2)例6求無限長均勻帶電直線的電場分布。二、電場強(qiáng)度的計算解對稱性分析：柱對稱高斯面：閉半徑為r，高為h的圓柱形

上下底電通量為0高斯定理

高斯面S內(nèi)包圍的電量

例7求無限大均勻帶電平面的電場分布，設(shè)帶電平面上電荷面密度為σ。二、電場強(qiáng)度的計算解對稱性分析：面對稱高斯面：底面積為S，長為l且相對平面左右對稱的圓柱形高斯面高斯面內(nèi)包圍的電量無限大帶電平面兩側(cè)是勻強(qiáng)電場且場強(qiáng)大小相等，方向相反高斯定理二、電場強(qiáng)度的計算知識拓展高斯定理應(yīng)用1.分析電場的分布，可以優(yōu)化輸電線路和變壓器的布局，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性；2.分析和評估工業(yè)生產(chǎn)過程中靜電場的分布，以便采取適當(dāng)?shù)撵o電防護(hù)措施；3.計算電容器的電場強(qiáng)度和電勢差，設(shè)計優(yōu)化電容器的尺寸和形狀，提高其性能和可靠性；4.分析和評估傳感器的靈敏度和響應(yīng)范圍，確定傳感器的位置和尺寸，并采取措施提高其性能和穩(wěn)定性;5.分析和評估設(shè)備周圍的電磁場分布，采取適當(dāng)?shù)钠帘魏蜑V波措施，以降低電磁干擾對設(shè)備性能的影響，提高設(shè)備的電磁兼容性?？萍寂c物理高壓脈沖電場技術(shù)1.2.

感謝***【自主學(xué)習(xí)】通過學(xué)習(xí)，了解高壓脈沖電場的原理及應(yīng)用?！咀鳂I(yè)】PX4-X；4-X第一節(jié)庫侖定律第二節(jié)電場強(qiáng)度第三節(jié)電場強(qiáng)度通量高斯定理

第四章靜電場第四節(jié)環(huán)路定理電勢第五節(jié)電場強(qiáng)度與電勢的關(guān)系4.4環(huán)路定理電勢理解靜電場的保守性和環(huán)路定理，理解電勢概念引入條件。掌握求電勢的兩種方法。掌握電勢能、電勢差、電場力的功及其相互關(guān)系。學(xué)

習(xí)

要

求了解電勢能在工程技術(shù)中的應(yīng)用。情境與問題電子顯微鏡工作時，電子束是通過靜電場產(chǎn)生的，如何設(shè)計電場，使電子束實(shí)現(xiàn)聚焦呢？1靜電場力的保守性一、靜電場力的保守性1.靜電場力的功結(jié)論:W僅與q0的始末位置有關(guān)，與路徑無關(guān).

（場源電荷為點(diǎn)電荷）一、靜電場力的保守性（場源電荷為任意帶電體）1.靜電場力的功結(jié)論：檢驗(yàn)電荷在任何靜電場中移動時，靜電場力所作的功只與該檢驗(yàn)電荷所帶的電量，以及路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，而與路徑本身無關(guān)。靜電場的這一特性稱為靜電場的保守性，即靜電場是保守場，靜電力是保守力。電場強(qiáng)度疊加原理2靜電場的環(huán)路定理二、靜電場的環(huán)路定理

若q0沿任意閉合路徑一周，靜電場力的功為零。即：

在靜電場中,電場強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分為零，即靜電場的環(huán)路定理。q03電勢能電勢和電勢差三、電勢能電勢和電勢差q0以無窮遠(yuǎn)處為零勢能點(diǎn)，電荷q0在空間A處的電勢能等于將q0從A處移至無窮遠(yuǎn)處電場力所做的功保守力做功等于始末位置的勢能差

電場力做功電勢能差靜電力做正功，電勢能減少；做負(fù)功則電勢能增加1.電勢能

三、電勢能電勢和電勢差電荷q0在空間A處的電勢能與它電量的比值2.電勢

以無窮遠(yuǎn)處為零勢能點(diǎn)，電場A處的電勢等于將單位正電荷從A處移至無窮遠(yuǎn)處電場力所做的功。單位為伏特V3.電勢差

靜電場力所作的功可用電勢差表示為三、電勢能電勢和電勢差

幾種常見的電壓（V）生物電家用電源220普通干電池1.5高壓輸電汽車電源12閃電4電勢的計算四、電勢的計算1.點(diǎn)電荷的電勢令2.點(diǎn)電荷系的電勢四、電勢的計算3.連續(xù)分布帶電體電勢四、電勢的計算例8一半徑為R的均勻帶電細(xì)圓環(huán)，所帶電量為q，求在圓環(huán)軸線上任意點(diǎn)a的電勢。解電荷元dq在a點(diǎn)產(chǎn)生電勢為四、電勢的計算例9求均勻帶電球面的電場中的電勢分布。球面半徑為R，總帶電量為q。解四、電勢的計算由例題5可知場強(qiáng)球?qū)ΨQ且滿足（1）

（2）

（3）

均勻帶電球面內(nèi)部的電勢與表面的電勢相同，球表面為等勢面知識拓展環(huán)路定理電勢應(yīng)用1.解決電路中電流和電勢問題的重要工具；2.在電路的配電、安全設(shè)計、故障檢測、提高電路效率和可靠性、以及準(zhǔn)確定位故障位置等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用；3.廣泛應(yīng)用于電路保護(hù)設(shè)計；4.在電路中設(shè)置合適的保護(hù)元件和裝置，可以有效地監(jiān)控和控制電流和電勢，確保電路的安全和穩(wěn)定運(yùn)行;科技與物理電子束熔融3D打印技術(shù)電子束熔融3D打印工作流程示意和鈦合金椎間融合器1.2.3.4.5.

電勢疊加原理

在靜電場中任意兩點(diǎn)a、b的電勢差，通常也叫做電壓

a點(diǎn)的電勢在數(shù)值上等于單位正電荷放在該點(diǎn)處的電勢能，也等于單位正電荷從該點(diǎn)經(jīng)過任意路徑移動到無限遠(yuǎn)時電場力所作的功，即靜電場是保守場，靜電力是保守力，靜電力作功與路徑無關(guān)，即

靜電力所做的功等于電勢能增量的負(fù)值

感謝***【查閱資料】通過查閱資料，了解電子束熔融3D打印技術(shù)在各個工程領(lǐng)域，尤其是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，并就電子束熔融3D打印技術(shù)對智能制造推動作用談?wù)勛约旱南敕?。【作業(yè)】PX4-X；4-X第四章靜電場第三節(jié)電場強(qiáng)度通量高斯定理

第一節(jié)庫侖定律第二節(jié)電場強(qiáng)度第四節(jié)環(huán)路定理電勢第五節(jié)電場強(qiáng)度與電勢的關(guān)系4.5電場強(qiáng)度與電勢的關(guān)系理解理解等勢面的概念。了解場強(qiáng)和電勢的微分關(guān)系。了解場強(qiáng)和電勢關(guān)系在電磁學(xué)領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用。學(xué)

習(xí)

要

求情境與問題新疆吐魯番沙漠游玩的一群游客中，人們驚訝地發(fā)現(xiàn)女性游客的長發(fā)都豎立了起來，現(xiàn)場有人迅速拿出手機(jī)拍照，也有人因?yàn)轶@慌而急忙躲避。這種現(xiàn)象如何理解？在場人員的行為正確嗎？1等勢面1、等勢面1.等勢面電場中電勢相等的點(diǎn)所構(gòu)成的面.①

電荷沿等勢面移動時，電場力做功為零.

②

某點(diǎn)的電場強(qiáng)度與通過該點(diǎn)的等勢面垂直.③

用等勢面的疏密表示電場