高二物理竞赛第6章静电场复习课件.ppt

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1、一、概念一、概念点电荷、点电荷、电场、电场、电场线、电场线、等势面、等势面、电通量、电通量、电势和电势差。电势和电势差。电偶极子、电偶极子、本章的主要内容可概括如下：本章的主要内容可概括如下：二、两条基本实验定律二、两条基本实验定律: :rrqqF321041 1.库仑定律：库仑定律： 2.电荷守恒定律电荷守恒定律:任何物理过程任何物理过程,电荷量均守恒电荷量均守恒.静电力的叠加静电力的叠加: iiFF1.高斯定理：高斯定理： )(01SsqsdE 2.环路定理：环路定理：0)( Ll dE四、电场强度四、电场强度:2.场强叠加原理：场强叠加原理： iiEE三三 、两条基本定理、两条基本定理:

2、 说明静电说明静电场是有源场场是有源场.说明静电场是保守场说明静电场是保守场.1.定义定义:0qFE .,0理量理量它是反映电场性质的物它是反映电场性质的物无关无关与与qE3.电场的计算电场的计算:(1)点电荷的场点电荷的场:Q0qrErQ0qErrQE420 (2).(2).点电荷系的场强点电荷系的场强 iiEEiniiirrq 1304 矢量叠加矢量叠加: 电场中任一点的电场强度等于各电场中任一点的电场强度等于各个点电荷单独存在时在该点各自产生的场强个点电荷单独存在时在该点各自产生的场强的矢量和的矢量和.场强叠加原理场强叠加原理(3).(3).任意带电体的场强任意带电体的场强若带电体为电荷

3、连续分布的，如图示若带电体为电荷连续分布的，如图示 QEdE rrdqQ420 体体电荷分布电荷分布 面面电荷分布电荷分布 线线电荷分布电荷分布dVdq dsdq dldq dsdldEdqrdVQP P求任意带电体的场强解题步骤求任意带电体的场强解题步骤: :1).取点电荷取点电荷dq.;4:).220方向图示方向图示产生的场强产生的场强rdqdEdq 3).建立坐标系建立坐标系:kdEjdEidEEdzyx zzyyxxdEEdEEdEE;).4kEjEiEEzyx 222:zyxEEEE 大小大小方向方向:EEEEEEzyx coscoscos (4)带电体的电荷分布具有特殊的对称性带电

4、体的电荷分布具有特殊的对称性,如如:球对称球对称;无限大的均匀带电平面无限大的均匀带电平面;无限长的圆柱无限长的圆柱(面面)等等等等.可考虑利用高斯定理求解可考虑利用高斯定理求解.(5)若已知空间的电势分布函数若已知空间的电势分布函数,可利用可利用:)(kzUjyUixUgradUE 五五.电势电势:1.定义定义: 参参考考点点AAl dEU 把单位正实验电荷从点把单位正实验电荷从点 移到无穷远移到无穷远( (零零电势点电势点) )时，静电场力所作的功时，静电场力所作的功. .A 电势零点选择方法：电势零点选择方法：有限带电体以无穷远有限带电体以无穷远为电势零点，实际问题中常选择地球电势为零为

5、电势零点，实际问题中常选择地球电势为零. .2.2.电势差电势差: : BABAABl dEUUU( (将单位正电荷从将单位正电荷从 移到移到 电场力作的功电场力作的功.).)AB注意注意电势差是绝对的，与电势零点的选择无电势差是绝对的，与电势零点的选择无关；电势大小是相对的，与电势零点的选择有关；电势大小是相对的，与电势零点的选择有关关. .4.4.静电场力的功静电场力的功: :)()(ppABABABUUqWWA 3.电势能电势能:AAqUW 参参考考点点Al dEq5.电势的计算电势的计算:(2)(2)点电荷的电势点电荷的电势rqU0 4 0, 00, 0 UqUq (3)(3)点电荷系

6、的电势点电荷系的电势: : iiiiAiArqUU04 (4)(4)电荷连续分布电荷连续分布带电体系的电势带电体系的电势: : qPrdqU04qVqddqdPpUdr(1)已知电场分布或可由高斯定理求电场已知电场分布或可由高斯定理求电场: )(0 参参考考点点UAAldEU)0( U习题集习题集(p20)1、描述静电场性质的两条基本规、描述静电场性质的两条基本规律是律是 高斯定理高斯定理 ，环流定理，环流定理 ，相应的数学表达式为相应的数学表达式为: iisqsdE01 0 lldE习题集习题集(p20)2(p20)2. .在静电场中，场强沿任意闭合在静电场中，场强沿任意闭合路径的线积分等于

7、零，即路径的线积分等于零，即 这表明静电场中的电力线这表明静电场中的电力线不可能形成闭合曲线。不可能形成闭合曲线。 0 lldE(P20)3(P20)3. .一均匀静电场一均匀静电场, ,场强场强 1)600400( mvjiE则点则点a(3a(3，2)2)和点和点b(1,0)b(1,0)之间的电势差之间的电势差vUab2000 )(2000600400:1302vdydxl dEUbaab 解解(p20)4(p20)4. .半径为半径为R R的球面上有一小孔、小孔的面积的球面上有一小孔、小孔的面积为为S S，S S与球面积相比很小，若球面的其余部与球面积相比很小，若球面的其余部分均匀分布着正

8、电荷分均匀分布着正电荷q q，则球心，则球心0 0点场强大小点场强大小: :E E , ,方向方向 , ,电势电势u=u=40216Rsq sO Rq040.Rs E解解:由对称可知由对称可知,0点场强为点场强为:s 402202164)4(RsqRssRqE 方向方向:sO 电势电势:Rqu04 (p20)5(p20)5、一、一“无限长无限长”均匀带电直线沿均匀带电直线沿Z Z轴放置，轴放置，线外某区域的电势表达式为线外某区域的电势表达式为U UAln(xAln(x2 2+y+y2 2) ) ，式，式中中A A为常数，该区域电场强度的两个分量为：为常数，该区域电场强度的两个分量为： 222y

9、xAxxUEx 222yxAyyUEy (p20)6(p20)6、在圆心角为、在圆心角为，半径为，半径为R R的圆弧上均的圆弧上均匀分布着电荷匀分布着电荷q q，试求，试求(1)(1)圆心处的电势；圆心处的电势； (2)(2)圆心处的场强。圆心处的场强。0 xy d Rddq R解：电荷线密度解：电荷线密度Rq / 任取一小段圆弧如图，其电量任取一小段圆弧如图，其电量为为: : dq(1)0点电势点电势:RqRdqdUUq004/4/ 0 xy d Rddq RRq / 任取一小段圆弧如图，其电量为任取一小段圆弧如图，其电量为: : dq(2)Ed204/RdqdE 方向如图方向如图.根据对称

10、性可知：根据对称性可知： 0 yydEE dRdEdExcos4cos0 xxdEEE dRcos4220 2sin20 R 2sin220 Rq (p20)7(p20)7、一个半径为、一个半径为R1 1的均匀带电球面，带电的均匀带电球面，带电+ +q，其外套一个半径为，其外套一个半径为R2 2的同心均匀带电球面。的同心均匀带电球面。R2 2R1 1，外球面带电，外球面带电- -Q，求两球面间的电势差；，求两球面间的电势差；若有一试验电荷若有一试验电荷q0从外球面处移到无限远处，从外球面处移到无限远处，电场力作功多少？电场力作功多少？ 解：由电势叠加原理可得两球面电势为解：由电势叠加原理可得两

11、球面电势为:2010144RQRqU 2020244RQRqU )11(42102112RRqUUU 200204)()(RqQqUUqA .01R2Rq Q (p20)8(p20)8、一半径为、一半径为R的的“无限长无限长”圆柱形带圆柱形带电体，其电荷体密度为电体，其电荷体密度为= =Ar( (rR) )，式中，式中A为为常数，试求：常数，试求：(1)(1)圆柱体内，外各点场强大小分布；圆柱体内，外各点场强大小分布；(2)(2)选距离轴线的距离为选距离轴线的距离为R0 0( (R0 0R) )处为电势处为电势零点，计算圆柱体内，外各点的电势分布。零点，计算圆柱体内，外各点的电势分布。hrR0R解：解： 作一半径为作一半径为r，高为，高为h的的同轴圆柱面为高斯面，同轴圆柱面为高斯面， 侧面侧面下底下底上底上底sdEsdEsdEsdEs 侧面侧面sdE 侧侧面面Eds iiqrhE012 30203222hArdrhArdrrhqrrii rARE0323 0213 ArE :0)1(Rr :Rr E rAR033 023 ArRr 0Rr rRARdrrARl dEURrRr00302ln33003 RRARrRAdrrARdrArldEURrRrRR00333003021ln3)(93300 :0 ) 2 (Rr :Rr iiqrhE012 作业n静电场习题课后作业n预习