物理学01shy静电场.ppt

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1、12/5/2022112/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙物理学01shy静电场 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望12/5/2022212/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙 在在真空真空中，两个中，两个静止的静止的带电带电点电荷点电荷之间存在相互作之间存在相互作用力，其大小与点电荷电量的乘积成正比，与两点电用力，其大小与点电荷电量的乘积成正比，与两点电荷荷 之间的距离平方成反比。其方向在两点

2、电荷的连线之间的距离平方成反比。其方向在两点电荷的连线上，同号电荷相斥，异号电荷相吸。上，同号电荷相斥，异号电荷相吸。12.1.2 库仑定律库仑定律 1785 年，法国物理学家年，法国物理学家库仑库仑，通过实验方法总结出库，通过实验方法总结出库仑定律：仑定律：两个点电荷之间两个点电荷之间的相互作用力的相互作用力212/5/2022312/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙为了以后推导公式方便，通常令：为了以后推导公式方便，通常令：称为真空中的称为真空中的介电常数介电常数其中：其中：库仑定律一般表示为：库仑定律一般表示为：在国际单位制中在国际单位制中点电荷点电荷-是物

3、理学中又一理想模型是物理学中又一理想模型其中其中 d 带电体的线度，带电体的线度，r 带电体之间的距离带电体之间的距离312/5/2022412/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙两个点电荷之间的相互两个点电荷之间的相互作用力不会因为其它电作用力不会因为其它电荷的存在与否而改变。荷的存在与否而改变。库仑力的叠加原理：库仑力的叠加原理：当有当有 n 个静止的点电荷存在时个静止的点电荷存在时412/5/2022512/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙12.1.3 电场、电场强度电场、电场强度 电荷之间存在相互作用力，其实现方式，早期存在电荷

4、之间存在相互作用力，其实现方式，早期存在两种观点两种观点:(1)超距作用超距作用-不需要时间不需要时间电荷电荷电荷电荷(2)近距作用近距作用-需要时间需要时间早期实验手段的局限性，无法证明熟是熟非；早期实验手段的局限性，无法证明熟是熟非；电磁波的发现证明了后一种理论正确。电磁波的发现证明了后一种理论正确。电场电场电荷电荷电荷电荷512/5/2022612/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙(1)电荷之间的相互作用是通过电场来实现的；电荷之间的相互作用是通过电场来实现的；(2)电场是物质存在的一种形式，电场具有质量、动量电场是物质存在的一种形式，电场具有质量、动量 和

5、能量；和能量；(3)任何带电体都在其周围激发电场；任何带电体都在其周围激发电场；(4)在电场中的任何带电体都受到力的作用；在电场中的任何带电体都受到力的作用；(5)静止的带电体激发的电场为静止的带电体激发的电场为静电场静电场。电场的基本概念电场的基本概念612/5/2022712/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙静电场的性质静电场的性质引入：引入：试验点电荷试验点电荷例如：用例如：用细尺细尺细尺细尺测量水杯中水的深度测量水杯中水的深度试验点电荷条件：试验点电荷条件：(1)线度必须足够小线度必须足够小-研究电场中某点的性质研究电场中某点的性质 (2)电量必须足够小电

6、量必须足够小-原有电场不受影响原有电场不受影响为了叙述方便，取为了叙述方便，取 为正电荷为正电荷研究静止电荷研究静止电荷 Q 周围的静电电场的性质周围的静电电场的性质712/5/2022812/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙定义：定义：所在点的电场强度所在点的电场强度(3)、Q 称为称为场源电荷场源电荷(1)、是描写电场本身性质的物理量，与是描写电场本身性质的物理量，与 无关。无关。(4)、试验点电荷在电场中所受力可以表示为、试验点电荷在电场中所受力可以表示为说说 明：明：(2)、是矢量是矢量大小为该点单位点电荷所受的力大小为该点单位点电荷所受的力方向为该点正电

7、荷的受力方向方向为该点正电荷的受力方向物理意义：单位正电荷在电场中所受的力物理意义：单位正电荷在电场中所受的力812/5/2022912/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙912/5/20221012/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙当场源电荷由多个点电荷组成时，当场源电荷由多个点电荷组成时，所受合力所受合力 多个点电荷在空间某点激发的多个点电荷在空间某点激发的电场强度电场强度等于各点电等于各点电荷单独存在时在该点激发场强的矢量和。荷单独存在时在该点激发场强的矢量和。12.1.4 电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理1012/5/202

8、21112/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙1、点电荷的场强、点电荷的场强12.1.5 电场强度的计算电场强度的计算1112/5/20221212/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙2、点电荷系中的场强、点电荷系中的场强1212/5/20221312/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙当当时，转化为积分时，转化为积分3、任意形状带电体的场强、任意形状带电体的场强对任意电荷元对任意电荷元 在在 P 点产生电场点产生电场带电体可以看作是连续分布的点电荷系带电体可以看作是连续分布的点电荷系1312/5/202214

9、12/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙12.1.6 电场强度的计算举例电场强度的计算举例-电偶极子的场强电偶极子的场强1、电偶极子、电偶极子定义：电偶极矩（电矩）定义：电偶极矩（电矩）当当 时，称为时，称为电偶极子电偶极子1412/5/20221512/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙2、电偶极子延长线上的场强、电偶极子延长线上的场强由于由于1512/5/20221612/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙3、电偶极子中垂线上的场强、电偶极子中垂线上的场强由于条件由于条件1612/5/20221712/5/

10、2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙在电场中电偶极子受到力矩的作用，会发生转动。在电场中电偶极子受到力矩的作用，会发生转动。4、外电场中的电偶极子、外电场中的电偶极子由于电偶极子的由于电偶极子的 l 很小，很小，所以正负电荷所在点的电所以正负电荷所在点的电场可以认为相等。场可以认为相等。两力大小相等，方向相反，作用在不同两力大小相等，方向相反，作用在不同直线上，合力为零，合力矩不为零。直线上，合力为零，合力矩不为零。1712/5/20221812/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙真空中均匀带电直线的电场真空中均匀带电直线的电场选坐标系如图，距

11、选坐标系如图，距O点为点为 l 的小段在的小段在 P 点产生场强点产生场强例题例题-1-1设：直线均匀带电设：直线均匀带电Q，长为，长为L，场点场点P 与直线垂直距离为与直线垂直距离为a，与两端夹角与两端夹角令令统一变量统一变量1812/5/20221912/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙同样：同样：由几何关系，变量统一到由几何关系，变量统一到1912/5/20222012/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙积分积分当带电直线无限长时当带电直线无限长时则则2012/5/20222112/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：

12、赵龙作者：赵龙均匀带电细圆环轴线上的电场强度均匀带电细圆环轴线上的电场强度设：圆环半径设：圆环半径R，带电，带电 q例题例题-2-22112/5/20222212/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙由对称性知由对称性知转化为点电荷电场转化为点电荷电场当当2212/5/20222312/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙均匀带电圆盘轴线上的电场强度，已知：均匀带电圆盘轴线上的电场强度，已知：由上题结果，取半径由上题结果，取半径为为r，宽度为，宽度为 dr 的圆的圆环，在环，在 P 点场强为点场强为dE例题例题-3-32312/5/20222

13、412/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙讨论：对无限大带电平板讨论：对无限大带电平板2412/5/20222512/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙1、库仑定律、库仑定律点电荷之间的作用力不会因为其它电荷存在与否而改变。点电荷之间的作用力不会因为其它电荷存在与否而改变。小小 结：结：2、库仑力的叠加原理、库仑力的叠加原理3、静电场的场强、静电场的场强4、点电荷在电场中受力、点电荷在电场中受力2512/5/20222612/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙5、电场强度的叠加原理、电场强度的叠加原理(1)、点

14、电荷的场强、点电荷的场强(2)、点电荷系的场强、点电荷系的场强6、电场强度的计算、电场强度的计算(3)、任意形状带电体的场强、任意形状带电体的场强2612/5/20222712/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙电偶极子的电偶极矩电偶极子的电偶极矩电偶极子延长线上的场强电偶极子延长线上的场强电偶极子中垂线上的场强电偶极子中垂线上的场强7、电场强度计算的例子、电场强度计算的例子外电场中的电偶极子外电场中的电偶极子(1)、电偶极子、电偶极子2712/5/20222812/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙有限长带电直线有限长带电直线无限长带电直线无限长带电直线(2)、均匀带电直线的电场强度、均匀带电直线的电场强度(3)、均匀带电细园环轴线上的电场强度、均匀带电细园环轴线上的电场强度2812/5/20222912/5/2022第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙(4)、均匀带电园盘环轴线上的电场强度、均匀带电园盘环轴线上的电场强度(5)、无限大带电平面的电场、无限大带电平面的电场1、掌握静电场的电场强度的概念；、掌握静电场的电场强度的概念；2、掌握静电场场强的叠加原理；、掌握静电场场强的叠加原理；3、掌握简单电荷分布的电场强度的计算方法。、掌握简单电荷分布的电场强度的计算方法。要要 求求:29