1、第一章靜電場,1,電 磁 學,1 靜 電 場,第一章靜電場,2,電場的基本性質(zhì),1) 對放在電場內(nèi)的任何電荷都有作用力； 2) 使放在電場內(nèi)的導體或電介質(zhì)分別產(chǎn)生靜 電感應(yīng)現(xiàn)象或極化現(xiàn)象; 3) 電場力對移動電荷作功。,靜電場：相對于觀察者靜止的電荷在周圍空間激發(fā)的電場。,靜電場簡介,第一章靜電場,3,本章教學基本要求,一 掌握描述靜電場的兩個基本物理量- 、 ；理解 是矢量點函數(shù)， 是標量點函數(shù)。,二 理解靜電場的兩條基本定理高斯定理和環(huán)路定理，明確認識靜電場是有源場和保守場。,三 掌握用點電荷的 和疊加原理及高斯定理求解帶電系統(tǒng) 的方法。,四 掌握用疊加原理及定義式求解帶電系統(tǒng) 的方法。,

2、五 掌握靜電平衡條件，掌握導體處于靜電平衡時的電荷、電勢、電場分布。,六 能計算常見電容器的電容；理解電場能量密度的概念，掌握電場能量的計算。,第一章靜電場,4,重點 、 的物理意義及計算；高斯定理和環(huán)路定理；導體處于靜電平衡時的電荷、電勢、電場分布；典型電容器電容的計算。,難點 、 計算方法的選擇及應(yīng)用；高斯定理的理解及應(yīng)用；導體處于靜電平衡時電荷分布的分析。,本章教學重難點,第一章靜電場,5,1 電場強度,試驗電荷：點電荷(尺寸小)； q0足夠小,單位:,和試驗電荷無關(guān)（P188 5-4）,電荷q 受電場力:,定義: 單位正試驗電荷所受的電場力。,第一章靜電場,6,（P188 5-7）,1

3、、點電荷的電場,2 電場強度的疊加原理,第一章靜電場,7,2、點電荷系的電場,2 電場強度的疊加原理,第一章靜電場,8,（一般:）,3、電荷連續(xù)分布的電場,2 電場強度的疊加原理,第一章靜電場,9,電荷體密度,電荷面密度,電荷線密度,2 電場強度的疊加原理,第一章靜電場,10,1、規(guī)定,方向：每點切線方向；,大?。和ㄟ^垂直 單位面積電場線數(shù)。,3 電場線（電場的圖示法）,2、特點,始于正電荷,止于負電荷(來自無窮遠,去向無窮遠)。 不形成閉合曲線； 任意兩電場線不相交。（P188 5-10）,第一章靜電場,11,通過電場中某個面的電場線數(shù)。,1、定義,2、表述,4 電場強度通量,勻強電場，平面

4、,非勻強電場，曲面S,（P192 5-14）,第一章靜電場,12,5 靜電場的高斯定理,（閉合曲面-高斯面 -面內(nèi)電荷）,第一章靜電場,13,高斯定理 總結(jié),1）高斯面上場強由內(nèi)、外電荷決定，電場強度通量由面內(nèi)電荷決定。,2）通量為零不等于高斯面內(nèi)無電荷，也不說明高斯面上場強處處為零。,3）電場的有源性。,5 靜電場的高斯定理,第一章靜電場,14,4.高斯面內(nèi)的電荷代數(shù)和為零時，則高斯面上各點 的場強一定為零。,高斯面內(nèi)的電荷代數(shù)和為零時，則高斯面上的場強不一定處處為零。,5 靜電場的高斯定理,在點電荷 和 的靜電場中，做如下的三個閉合面 求：通過各閉合面的電通量。,將 從 移到 ，點 電場強

5、度是否變化？穿過高 斯面 的 有否變化？,第一章靜電場,16,高斯定理應(yīng)用舉例,條件：電荷分布具有較高的空間對稱性,1) 球?qū)ΨQ（球體，球面）； 2) 柱對稱（無限長柱體，柱面）； 3) 面對稱（無限大平板，平面）。,常見的具有對稱性的電荷,5 靜電場的高斯定理,第一章靜電場,17,1) 對稱性分析； 2) 選擇合適高斯面； 3) 應(yīng)用高斯定理計算。,用高斯定理求 的步驟,高斯面選取的注意事項,1) 通過待求的場點； 2) ： ， ， ； 3) 部分 的E，應(yīng)為一常量； 4) 簡單幾何面。,5 靜電場的高斯定理,第一章靜電場,18,例2 設(shè)有一半徑為R , 均勻帶電Q 的球面. 求球面內(nèi)外任意

6、點的電場強度.,對稱性分析：球?qū)ΨQ,解,以任意半徑r作同心的高斯球面,根據(jù)高斯定理,第一章靜電場,19,第一章靜電場,20,(2),Q,第一章靜電場,21,球?qū)ΨQ電場,：均勻帶電球面、球殼、球體。,5 靜電場的高斯定理,第一章靜電場,22,例3：求均勻帶電球體內(nèi)外的電場分布，設(shè)球體所帶電量為Q，半徑為R。,解：根據(jù)電場的球?qū)ΨQ性特點，以任意半徑為r作同心高斯球面S，依據(jù)高斯定理：,第一章靜電場,23,第一章靜電場,24,(2),Q,第一章靜電場,25,例4 設(shè)有一無限長均勻帶電直線，單位長度上的電荷，即電荷線密度為，求距直線為r 處的電場強度。,+ + + + +,解：對稱性分析:軸對稱 高斯

7、面選?。阂越孛姘霃絩作高為h的同軸高斯柱面,5 靜電場的高斯定理,第一章靜電場,26,柱對稱電場：,均勻帶電長直線（圓柱）、柱面、柱殼。,5 靜電場的高斯定理,第一章靜電場,27,例5 設(shè)有一無限大均勻帶電平面，電荷面密度為 ，求距平面為r處某點的電場強度。,解,對稱性分析：面對稱 高斯面選取,5 靜電場的高斯定理,第一章靜電場,28,討論：無限大帶電平面的電場疊加問題,等量同號與異號、不等量同號與異號,5 靜電場的高斯定理,第一章靜電場,29,小 結(jié),帶電系統(tǒng)電場強度的兩種求解方法,1） 疊加（積分）法 2） 高斯定理（對稱場）,5 靜電場的高斯定理,第一章靜電場,30,靜電場是保守場,結(jié)論

8、：沿閉合路徑一周，電場力作功為零。,6 靜電場的環(huán)路定理,第一章靜電場,31,令,7 電勢,（與零點選取有關(guān)）,第一章靜電場,32,電勢零點的選取,物理意義：單位正試驗電荷從點A移到無限遠處靜電場力作的功。,：無窮遠(有限帶電體),電勢差,(將單位正電荷從A移到B時電場力作的功),6 電勢,靜電場力的功,P193,5-22,第一章靜電場,33,令,1 電勢定義：,8 電勢的計算,第一章靜電場,34,2 點電荷電勢公式與場強疊加原理,點電荷系,8 電勢的計算,第一章靜電場,35,線電荷,面電荷,體電荷,電荷連續(xù)分布,8 電勢的計算,2 點電荷電勢公式與場強疊加原理,第一章靜電場,36,例6 P1

9、93 5-27 兩個同心球面的半徑分別為R1和R2，各自帶有電荷Q1和Q2，求：各區(qū)域電勢的分布。,8 電勢的計算,解,（1）,根據(jù)高斯定理得,第一章靜電場,37,解,（1）,8 電勢的計算,第一章靜電場,38,小結(jié)： 求電勢 方法,（有限大帶電體且選無限遠處為電勢零點）,（已知積分路徑上 的函數(shù)表達式）,8 電勢的計算,第一章靜電場,39,（1）內(nèi)部任一點處電場強度為零； （2）表面處電場強度方向, 與導體表面垂直。,導體表面是等勢面,導體內(nèi)部電勢相等,9 導體的靜電平衡條件,第一章靜電場,40,1 電勢分布,10 導體處于靜電平衡時的性質(zhì),2 場強分布,導體內(nèi)部：,導體外緊靠導體表面的點,

10、第一章靜電場,41,結(jié)論：導體內(nèi)部無凈電荷， 電荷只分布在導體表面。,（1）實心導體,3 電荷分布,10 導體處于靜電平衡時的性質(zhì),第一章靜電場,42,（2）空腔導體,空腔內(nèi)無電荷時,電荷分布在表面上,10 導體處于靜電平衡時的性質(zhì),第一章靜電場,43,若內(nèi)表面帶電，必等量異號,結(jié)論：空腔內(nèi)無電荷時，電荷分布在外表面，內(nèi)表面無電荷。,空腔導體內(nèi)表面上有電荷嗎？,所以內(nèi)表面不帶電,導體是等勢體,10 導體處于靜電平衡時的性質(zhì),第一章靜電場,44,電荷分布在表面上,空腔內(nèi)有電荷時,（2）空腔導體,第一章靜電場,45,結(jié)論: 空腔內(nèi)有電荷+q時，空腔內(nèi)表面有感應(yīng)電荷q，外表面有感應(yīng)電荷+q（電荷守恒

11、）。,10 導體處于靜電平衡時的性質(zhì),第一章靜電場,46,導體接地問題,（1）導體接地：與地球等電勢，與外界條件變化無關(guān)。,（2）帶電導體接地，接地線提供與地球交換電量的通道，電荷流動方向，取決于導體接地前的電勢是高于大地，還是低于大地。,注意,10 導體處于靜電平衡時的性質(zhì),P228,習題6-2,P226,問題6-2,第一章靜電場,47,例7 教材P229 6-8 一導體球半徑為R1 ，外罩一個半徑為R2的同心薄導體球殼。已知外球殼所帶總電荷為Q， 內(nèi)球的電勢為V0。 求：此系統(tǒng)的電勢 和電場分布。,10 導體處于靜電平衡時的性質(zhì),第一章靜電場,48,11 電介質(zhì)對電場的影響,第一章靜電場,49,電容大小：與導體形狀、相對位置、其間電介質(zhì)有關(guān)，與所帶電荷量無關(guān)。,12 電容器的電容及計算,1 電容器電容,第一章靜電場,50,2 電容器電容的計算,（1）設(shè)兩極板分別帶Q,（3）求兩極板間的電勢差U,步驟,（4）由C=Q/U求C,（2）求兩極板間的電場強度,12 電容器的電容及計算,第一章靜電場,51,3 例 平板電容器電容的計算,（2）兩帶電平板間電場強度,（1）設(shè)兩導體板分別帶電,（3）兩帶電平板間電勢差,（4）平板電容器電容,12