高二物理竞赛静电场和稳恒电场课件.pptx

《高二物理竞赛静电场和稳恒电场课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理竞赛静电场和稳恒电场课件.pptx（15页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、静电场和稳恒电场静电场和稳恒电场一、基本要求一、基本要求1掌握静电场的电场强度和电势的概念掌握静电场的电场强度和电势的概念 以及电场强度的叠加原理和电势叠加原理。以及电场强度的叠加原理和电势叠加原理。 掌握电势与电场强度的积分关系，掌握电势与电场强度的积分关系， 了解场强和电势的微分关系，了解场强和电势的微分关系， 能计算一些简单问题中的电场强度和电势。能计算一些简单问题中的电场强度和电势。2理解静电场的规律理解静电场的规律(高斯定理和环路定理高斯定理和环路定理)。 掌握用高斯定理计算电场强度的条件和方法，掌握用高斯定理计算电场强度的条件和方法， 并能熟练应用。并能熟练应用。3理解电容的定义及

2、其物理意义。理解电容的定义及其物理意义。4了解静电场的物质性。理解电能密度的概念。了解静电场的物质性。理解电能密度的概念。 在一些简单对称情况下，在一些简单对称情况下， 能计算静电场里储存的场能。能计算静电场里储存的场能。5了解导体的静电平衡条件。了解导体的静电平衡条件。6了解介质的极化现象及其微观解释。了解介质的极化现象及其微观解释。 了解各向同性介质中了解各向同性介质中 和和 之间的关系和区别。之间的关系和区别。 了解介质中的高斯定理。了解介质中的高斯定理。7理解电流强度和电流密度的概念。理解电流强度和电流密度的概念。 了解电流场、电流线和电流稳横条件。了解电流场、电流线和电流稳横条件。8

3、了解稳恒电场的性质。了解稳恒电场的性质。9理解电动势的概念。理解电动势的概念。 能应用欧姆定律计算简单电路。能应用欧姆定律计算简单电路。10了解金属导电的电子理论。了解金属导电的电子理论。DE二、内容提要二、内容提要1. 电荷及电荷守恒定律电荷及电荷守恒定律电荷电荷 处于带电状态的物体称为带电体。处于带电状态的物体称为带电体。 物体带电只有两种：正电荷和负电荷。物体带电只有两种：正电荷和负电荷。 表示物体所带电荷量值的物理量称为电量。表示物体所带电荷量值的物理量称为电量。基本的电现象是同种电荷相斥，异种电荷相吸。基本的电现象是同种电荷相斥，异种电荷相吸。Ce19106 . 1e由物质电结构知：

4、由物质电结构知：摩擦起电的本质是两种物体中产生了电子的转移。摩擦起电的本质是两种物体中产生了电子的转移。每个电子的电量每个电子的电量 是目前实验观察到的电荷的是目前实验观察到的电荷的最小单位（最小单位（ ），），可见物体所带电量不是以连续方式出现，可见物体所带电量不是以连续方式出现，而总以一个个不连续的量值出现，称为电荷的量子化。而总以一个个不连续的量值出现，称为电荷的量子化。所谓物体带电，是指它的所谓物体带电，是指它的“净电荷净电荷”，即物体内包含的正电荷和负电荷的代数和。即物体内包含的正电荷和负电荷的代数和。电荷守恒定律电荷守恒定律 电荷既不能被创造，也不能被消灭，电荷既不能被创造，也不能

5、被消灭， 电荷只能从一个物体转移到另一个物体，电荷只能从一个物体转移到另一个物体， 或者从物体的一部分转移到另一部分。或者从物体的一部分转移到另一部分。事实表明，事实表明，在一个孤立系统内，在一个孤立系统内，无论发生怎样的物理过程，无论发生怎样的物理过程，该系统电量的代数和总保持不变。该系统电量的代数和总保持不变。它是物理学中基本定律之一。它是物理学中基本定律之一。2库仑定律库仑定律1Q2Q真空中，两个点电荷（真空中，两个点电荷（ 和和 ）之间的）之间的 相互作用力的大小正比于两者电量的乘积，相互作用力的大小正比于两者电量的乘积， 反比于两者距离的平方反比于两者距离的平方 221rQQKF 2

6、290/10941CmNK真空的介电常数真空的介电常数 22120/1085. 841mNCK作用力方向沿两点电荷连线，作用力方向沿两点电荷连线，同种电荷相斥，异种电荷相吸。同种电荷相斥，异种电荷相吸。3电场和电场强度电场和电场强度电场电场 理论和实践都已证明：理论和实践都已证明： 电荷周围空间伴随有电场。电荷周围空间伴随有电场。电荷与电荷之间的相互作用是通过电场进行传递的。电荷与电荷之间的相互作用是通过电场进行传递的。电场对电荷的作用力称为电场力。电场对电荷的作用力称为电场力。库仑力本质上是电场力。库仑力本质上是电场力。 电场也是一种客观存在的物质形态，电场也是一种客观存在的物质形态，它具有

7、质量、能量、动量和角动量。它具有质量、能量、动量和角动量。静电场是相对观察者静止的电荷周围空间产生的电场，静电场是相对观察者静止的电荷周围空间产生的电场，它是电磁场的一种特殊形态。它是电磁场的一种特殊形态。 电场对外表现的性质有：电场对外表现的性质有：(1)对引入电场中的电荷有作用；对引入电场中的电荷有作用；(2)电荷在电场中移动时电场力做功，电荷在电场中移动时电场力做功， 这也表明电场具有能量。这也表明电场具有能量。电场强度电场强度 电场强度是电场强度是 定量描述电场对电荷有作用力性质的物理量。定量描述电场对电荷有作用力性质的物理量。 电场强度的定义为电场强度的定义为 0QFE0Q0QFEC

8、N /在国际单位制中，在国际单位制中， 电场强度的单位是牛顿库仑电场强度的单位是牛顿库仑( )。 为场中某点放置的试验电荷的电量；为场中某点放置的试验电荷的电量； 为为 在该点所受的电场力；在该点所受的电场力； 为场中该点的电场强度。为场中该点的电场强度。 注意注意：),(zyxEEEEE(1)电场强度电场强度 是是 表征电场中某一点电场力的特性的物理量，表征电场中某一点电场力的特性的物理量， 是矢量，其方向为正试验电荷在该点受力的方向，是矢量，其方向为正试验电荷在该点受力的方向， 大小为单位正试验电荷在该点受力的大小。大小为单位正试验电荷在该点受力的大小。(2)场中场中 一般是空间位置的函数

9、，一般是空间位置的函数， 可表示为可表示为 ， 通常，对电场中的不同点来说，通常，对电场中的不同点来说， 电场强度矢量的大小和方向是不同的，电场强度矢量的大小和方向是不同的， 这种电场称为非均匀电场。这种电场称为非均匀电场。特殊情况下，特殊情况下， 电场中不同点的电场强度电场中不同点的电场强度 大小和方向都相同，大小和方向都相同， 这样的电场称为均匀电场。这样的电场称为均匀电场。场强叠加原理场强叠加原理 在由若干个点电荷形成的电场中，在由若干个点电荷形成的电场中，任一点的总场强等于任一点的总场强等于各点电荷在该点单独产生的场强的矢量和各点电荷在该点单独产生的场强的矢量和 niiEE1电场强度的

10、计算电场强度的计算 由场强定义并应用库仑定律场强叠加原理，由场强定义并应用库仑定律场强叠加原理，得到三种类型场源电荷产生电场的场强计算公式：得到三种类型场源电荷产生电场的场强计算公式：(1)点电荷的电场点电荷的电场 rrQrrrQE41412020(2)点电荷系的电场点电荷系的电场 niiiiniiiiirrQrrrQE1201204141(3)电荷连续分布的带电体的场强电荷连续分布的带电体的场强dQ对于连续带电体，先把带电体微分对于连续带电体，先把带电体微分 ，将将 看作点电荷，求出点电荷看作点电荷，求出点电荷 在场点产生的电场强度在场点产生的电场强度rrdQrrrdQEd41412020再

11、矢量叠加再矢量叠加rrdQrrrdQEdE41412020dQdQQQlE带电粒子在外场中所受的作用带电粒子在外场中所受的作用 QE当带电粒子可看成点电荷当带电粒子可看成点电荷 时，时，其在外电场其在外电场 中受力为中受力为EQFE电偶极子在均匀外电场电偶极子在均匀外电场 中中 将受力矩将受力矩 作用作用 MEPMelQPelQQ称为电偶极矩；称为电偶极矩； 为从为从 指向指向 的有向线段。的有向线段。 4高斯定理及应用高斯定理及应用电场线电场线(又称电力线又称电力线) E电场线是形象描述电场分布的一簇空间曲线。电场线是形象描述电场分布的一簇空间曲线。电场线上任一点的切线方向表示该点场强电场线

12、上任一点的切线方向表示该点场强 的方向，的方向，电场线分布的疏密程度表示该处场强的大小。电场线分布的疏密程度表示该处场强的大小。 电通量电通量 S设想在电场中有一个曲面设想在电场中有一个曲面 ，定义一个物理量，定义一个物理量 SeSdE称为通过该曲面的电场强度通量。称为通过该曲面的电场强度通量。 也可以形象地说为穿过该曲面的电场线也可以形象地说为穿过该曲面的电场线“数目数目” SddS 是曲面上的面积元是曲面上的面积元 的矢量表示的矢量表示 通过任意封闭曲面的电通量为通过任意封闭曲面的电通量为SeSdESd规定规定 的方向为面积元的外法线方向。的方向为面积元的外法线方向。 因此，因此，电场线从

13、封闭曲面内向外穿出时电通量为正值，电场线从封闭曲面内向外穿出时电通量为正值，电场线从封闭曲面外穿进时电通量为负值。电场线从封闭曲面外穿进时电通量为负值。高斯定理高斯定理 0在真空中的任何静电场中，在真空中的任何静电场中， 穿出任一闭合曲面的电通量穿出任一闭合曲面的电通量 等于该闭合曲面所包围的电荷的代数和除以等于该闭合曲面所包围的电荷的代数和除以 ，数学表示式为数学表示式为 niiSQSdE101高斯定理是描述静电场规律的基本方程之一。高斯定理是描述静电场规律的基本方程之一。它反映了电场和形成电场的场源电荷之间的关系。它反映了电场和形成电场的场源电荷之间的关系。说明静电场是有源场。说明静电场是有源场。