2021-2022学年高二物理竞赛静电场课件（15张PPT）.pptx

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1、静电场课件 图示为一个均匀带电的球层，其电荷体密度为图示为一个均匀带电的球层，其电荷体密度为 ,球层内表面半径为球层内表面半径为 ，外表面半径为，外表面半径为 设无穷远处设无穷远处为电势零点，求空腔内任一点的电势为电势零点，求空腔内任一点的电势，解法解法1：由电势叠加法求电势。：由电势叠加法求电势。在球层内取半径为在球层内取半径为 的薄球层的薄球层 该薄层电荷在球心处产生的电势为该薄层电荷在球心处产生的电势为 整个带电球层在球心处产生的电势为整个带电球层在球心处产生的电势为 OR (2)球外电势球外电势 解法解法2：由高斯定理求场强，由场强积分法求电势。：由高斯定理求场强，由场强积分法求电势。

2、如图所示，一内半径为如图所示，一内半径为a、外半径为、外半径为b的金属球壳，带的金属球壳，带有电荷有电荷Q，在球壳空腔内距离球心，在球壳空腔内距离球心r处有一点电荷处有一点电荷q设设无限远处为电势零点，试求：无限远处为电势零点，试求：(1)球壳内外表面上的电荷球壳内外表面上的电荷 (2)球心球心O点处，由球壳内表面上电荷产生的电势点处，由球壳内表面上电荷产生的电势(3)球心球心O点处的总电势点处的总电势 解：解：(1)由静电感应，金属球壳的内表面上非均匀分布感由静电感应，金属球壳的内表面上非均匀分布感应电荷应电荷-q，外表面上均匀分布电荷，外表面上均匀分布电荷q+Q 如图所示，两个共面的平面带

3、电圆环，其内外半径如图所示，两个共面的平面带电圆环，其内外半径分别为分别为 、和和 、，外面的圆环以每秒钟，外面的圆环以每秒钟 转的转转的转速顺时针转动，里面的圆环以每秒钟速顺时针转动，里面的圆环以每秒钟 转的转速反时针转的转速反时针转动若电荷面密度都是转动若电荷面密度都是 ，求，求 和和 的比值多大时，的比值多大时，圆心处的磁感强度为零。圆心处的磁感强度为零。、解：解：整个内圆环在整个内圆环在O点产生的磁感强度为点产生的磁感强度为 方向垂直纸面向外方向垂直纸面向外 同理得外圆环在同理得外圆环在O点产生的磁感强度点产生的磁感强度 方向垂直纸面向内方向垂直纸面向内 如图，一半径为如图，一半径为R

4、的带电塑料圆盘，其中半径的带电塑料圆盘，其中半径为为r的阴影部分均匀带正电荷，面电荷密度为的阴影部分均匀带正电荷，面电荷密度为+，其余，其余部分均匀带负电荷，面电荷密度为部分均匀带负电荷，面电荷密度为-。当圆盘以角速度当圆盘以角速度 旋转时，测得圆盘中心旋转时，测得圆盘中心O点的磁感强度为零，问点的磁感强度为零，问R与与r满足什么关系？满足什么关系？解：解：图所示为两条穿过图所示为两条穿过y轴且垂直于轴且垂直于xy平面的平行长直导线的平面的平行长直导线的正视图，两条导线皆通有电流正视图，两条导线皆通有电流I，但方向相反，它们到，但方向相反，它们到x轴的距离皆轴的距离皆为为a.(1)推导出推导出

5、x轴上轴上P点处的磁感强度点处的磁感强度 的表达式的表达式.(2)求求P点在点在x轴上何处时，该点的轴上何处时，该点的B取得最大值取得最大值、的方向如图所示的方向如图所示P 点总场强点总场强 解解（1）两导线在两导线在P点产生的磁感强度的大小为：点产生的磁感强度的大小为：(2)由此可得：由此可得：x=0处，处，B有最大值有最大值 解：由安培环路定理：解：由安培环路定理：0 r R区域：区域：真空中无限长圆柱形铜导体，半径为真空中无限长圆柱形铜导体，半径为R,电流电流I均匀分布，均匀分布，求磁场分布和通过图中阴影区的磁通量。求磁场分布和通过图中阴影区的磁通量。面积方向向内面积方向向内r R3区域

6、：区域：R1 r R2区域：区域：(2022)一根同轴线由半径为一根同轴线由半径为R1的实心长金属导线和套在它外面的半的实心长金属导线和套在它外面的半径为径为R3的同轴导体圆筒组成的同轴导体圆筒组成R1与与R2之间充满磁导率为之间充满磁导率为 的各向同的各向同性均匀非铁磁介质，性均匀非铁磁介质，R2与与R3之间真空，如图传导电流之间真空，如图传导电流I沿实心导沿实心导线向上流去，由圆筒向下流回，在它们的截面上电流都是均匀分布线向上流去，由圆筒向下流回，在它们的截面上电流都是均匀分布的求同轴线内外的磁感强度大小的求同轴线内外的磁感强度大小B的分布的分布解：由安培环路定理：解：由安培环路定理：0

7、r R1区域：区域：R2 r R3区域：区域：H=0，B=0 （2022）如图所示，有一根长直导线，载有直流电流如图所示，有一根长直导线，载有直流电流 ，近旁有一个两条对边与它平行并与它共面的矩形线圈，以近旁有一个两条对边与它平行并与它共面的矩形线圈，以匀速匀速 沿垂直于导线的方向离开导线设沿垂直于导线的方向离开导线设t=0时，线圈位时，线圈位于图示位置，求于图示位置，求(1)在任意时刻在任意时刻t通过矩形线圈的磁通量通过矩形线圈的磁通量F F(2)在图示位置时矩形线圈中的感应电动势。在图示位置时矩形线圈中的感应电动势。解：解：回路方向顺时针，面积方向向内。回路方向顺时针，面积方向向内。(20

8、22)如图所示，一根长为如图所示，一根长为L的金属细杆的金属细杆ab绕竖直轴绕竖直轴O1O2以角速以角速度度w w在水平面内旋转在水平面内旋转O1O2在离细杆在离细杆a端端L/5处若已知地磁场处若已知地磁场在竖直方向的分量为在竖直方向的分量为 求求ab两端间的电势差两端间的电势差间的动生电动势：间的动生电动势：解：解：b点电势高于点电势高于O点点间的动生电动势：间的动生电动势：a点电势高于点电势高于O点点 （2022）、载有电流）、载有电流I的长直导线附近，放一导体半圆环的长直导线附近，放一导体半圆环MeN与长与长直导线共面，且端点直导线共面，且端点MN的连线与长直导线垂直半圆环的半径为的连线与长直导线垂直半圆环的半径为b，环心，环心O与导线相距与导线相距a设半圆环以速度设半圆环以速度 平行导线平移，求半圆平行导线平移，求半圆环内感应电动势的大小和方向以及环内感应电动势的大小和方向以及MN两端的电压两端的电压UM-UN 解：动生电动势解：动生电动势 为计算简单，可引入一条辅助线为计算简单，可引入一条辅助线MN，构成闭合回路构成闭合回路MeNM,闭合回路总电动势闭合回路总电动势 方向方向NM