《医用物理教学课件》2014级物理学—静电场ppt.ppt

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1、医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人第五章 静电场库仑定律高斯定理静电场力的功 电势静电场中的电介质静电场的能量心电知识医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 早期，人们通过毛皮与琥珀的摩擦和对自然界闪电的观察发现了电相互作用现象.对电的定量研究则始于库仑定律.电磁学的发展医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤

2、病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人天电与摩擦电性质完全相同！统一了天电与地电；发现尖端放电；发明避雷针；建立了正电、负电、充电、放电等概念。1988、19961752年年7月，雷电实验月，雷电实验医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人但是为探索雷电，全世界的不少人付出了沉重的代价医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人库仑定律 电学发展史上的第一个定

3、量规律，它使电学的研究从定性进入定量阶段，是电学史中的一块重要的里程碑。法国工程师、物理学家法国工程师、物理学家1785年 类比、猜测:电荷间的作用力应符合平方反比定律实验验证医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人伏打电池第一个直流电源 1800年，伏打根据他自己的观点，制成了伏打电池。得到了拿破仑授予的一枚金质奖章。意大利物理学家意大利物理学家一系列按同样顺序叠起来的银片、锌片和用盐水浸泡过的硬纸板组成的柱体，叫做伏打电堆 医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人

4、的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 欧姆定律将导体中的电流与热传导类比，引入电流、电阻概念，实验得到德国物理学家德国物理学家电路中，电流强度随电池数目的增多而增大，这中间到底存在什么规律呢医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电和磁本质相同吗3个月10年。空间想象力、提出场的概念奥斯特奥斯特动电生磁动电生磁法拉第法拉第变磁生电变磁生电奠定了电磁学基础，导奠定了电磁学基础，导致电动机、发电机的出现致电动机、发电机的出现英国

5、物理学家英国物理学家丹麦物理学家丹麦物理学家法法拉拉第第奥奥斯斯特特医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人麦克斯韦建立电磁场理论，完成了人类关于自然知识的又一次综合，形成经典电磁场理论的完整体系。(1864)预言电磁波的存在光也是一种电磁波揭示了光、电、磁现象的本质的统一性“牛顿以后世界上最伟大的数学物理学家”。1887年赫兹实验验证电磁波的存在 麦克斯韦麦克斯韦英国物理学家英国物理学家医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤

6、病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人赫兹验证了电磁波的存在赫兹验证了电磁波的存在(1887)无线电报无线电报(1901)广播广播(1906)电话电话(1916)传真传真(1923)电视电视(1929)微波微波(1933)雷达雷达(1935)卫星通讯卫星通讯电子计算机因特网等都与电子计算机因特网等都与电磁波理论相关。电磁波理论相关。赫兹赫兹 德国物理学家德国物理学家医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人2.只存在两种电荷 同性相斥,异性相吸.一.电荷的基本性质1.

7、不能脱离物质而存在 电荷是构成物质的 基本粒子的一种性质3.电荷量子化 元电荷 e 1.602 10-19C微小粒子带电荷量 Q=N e 5-1 库仑定律库仑定律医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人4.电荷的相对论不变性带电粒子的电荷量不因运动状态的变化而变化.5.电荷守恒定律 在一个与外界没有电荷交换的系统内,正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变.电荷守恒定律是物理学中的基本定律.医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧

8、伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人二.库仑定律医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人0 8.8510-12 C2 N-1 m-2,为真空电容率,或真空介电常数.在国际单位制中,k 写成静电力叠加原理q1q2qF1F2Fr2r1点电荷系对某电荷q的作用为qiq医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电场具有动量、能量，体现了它的物质性.法拉第提出近距

9、作用,并提出力线和场的概念.一、电场(electric field)1.电场的基本性质v 对放其内的任何电荷都有作用力v 电场力对移动电荷做功（具有能量）v 变化的电场以光速在空间传播（具有动量）5-2 电场和电场强度电场和电场强度电荷在其周围产生电场,对存在于该电场内的其他电荷施加作用.医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人2.静电场 一空间带电体,电荷量为Q,考察P点的场强,引入一试验电荷q放到P处,测量试验电荷受力状况.QPq相对于观察者静止的电荷产生的电场是电磁场的一种特殊

10、形式二、电场强度(electric field intensity)电荷量充分地小 线度足够地小P点处试验电荷受力为实验表明：与试验电荷无关医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人矢量 单位 N/C 或V/m电场强度定义为电场强度的大小等于单位正电荷在电场中所受的力，方向与力同 电场强度与源电荷及场点位置有关,试验电荷在此仅为辅助的工具,与电场的存在与否无关.电场强度是描述场中各点电场强弱的物理量.医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于

11、大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人三、电场强度的计算1.点电荷的场强公式由库仑定律由场强定义由上述两式得Q指向p点的单位矢量p医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人v 点电荷的电场特点：球对称;以1/r2衰减.从源电荷指向场点,场强方向为正电荷受力方向.qQ+r 能等于 0 吗医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人2.点电荷系的电场强度若

12、有多个点电荷共同激发电场P点的电场强度：场强叠加原理：点电荷系在空间某一点产生的电场强度，等于各个点电荷单独存在时产生电场强度的矢量和。医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人线电荷密度注意：电荷密度是带电体内电荷的分布函数,不一定是常量.带电体电荷的分布：电荷密度体电荷密度面电荷密度体体电荷分布的荷分布的带电体的体的场强面面电荷分布的荷分布的带电体的体的场强线电荷分布的荷分布的带电体的体的场强医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面

13、积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电场线用一族空间曲线形象描述场强分布,通常把这些曲线称为电场线(electric field line)或电力线规定 场强方向：电场线上每点的切线方向.场强大小：通过垂直于该点场强方向的单位面积的电场线数目.a ab b医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人5-3 5-3 静电场的功静电场的功 电势电势一.静电场力作的功医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来

14、讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 从上面推导的结果得到结论：试探电荷在任意静电场中移动的过程中，该电场力对它所作的功只与它的量值以及它移动的始、末位置有关,而与所移动的具体路径无关。因此，静电场是保守场。电场力是保守力医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人静电场的环路定理表述为静电场中场强沿任意闭合环路的线积分恒等于零 二、静电场的环路定理(Circulation theorem)在静电场中,沿闭合路径 L 移动电荷 q,电场力做功L医用物理学 第五章 静电场烧伤

15、病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人三、电势医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电势能应属于q0和产生电场的场源电荷所共有.静电场是保守力场,可引入电势能的概念.1.电势能 qab试探电荷q0在静电场中由a点移动至b点,静电力对q0所做的功Aab等于电势能的减少.医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一

16、想如何来治疗该病人选参考点的原则：当源电荷分布在有限范围内时,参考点一般选在无穷远.对于实际问题,如电器等可选机壳或大地为参考点.静电力(或外力)做功给出了势能的变化量.电势能的具体量值则需要给出参考点势能零点.医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电场中某点的电势等于把单位正电荷自该点移至参考点过程中电场力作的功.电势是表征电场性

17、质的物理量,是由场源电荷决定的,与试探电荷的存在与否无关.电势的量值与电势零点的选择有关,电势零点即是电势能的零点.电势是空间位置的标量函数,即U=U(x,y,z).单位：V(伏特)1Vl JC-1 2.电势(electric Potential)医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电势差电势差(Electric Potential difference)即两点间的电势之差静电场中由a 到 b 移动电荷,电场力做功为医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮

18、肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 a 电势是描写静电场性质的重要物理量，电势是标量。b 零电势的参考点可选取任意点，通常是：电荷分布在有限空间的电场中，选无限远处电势为零；在实际应用中，选地球或仪器外壳的电势为零；在某些情况下，可选某一点的电势为零。c 电势值与电势零点的选取有关，是个相对量，电势差则与电势为零的选择无关。结论：医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电势的计算当带电体系的电场分布已知时,可根据电势定义求电势的分

19、布.v 点电荷电场的电势已知点电荷场强选无穷远处为电势零点qPr特点:球对称、有正负医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人v 任意带电体电场的电势电势叠加原理点电荷电场电场中某点的电势等于各电荷单独在该点产生的电势的代数和.电荷连续分布医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人等势面：电场中由电势相等的点构成的曲面面电场线与等势面关系(1)处处垂直(2)电场线从高电势 指向

20、低电势处.(3)等势面密处场强大医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人四.电场强度与电势的关系在电场中任取相距很近的两等势面上两点P1,P2，电势分别为U1、U2。且U2=U1+dU现有一实验电荷q0由P1 点沿dr移动到P2 点,电场力做功为得到电势沿r方向的空间变化率电场强度沿r方向的分量P1U+dUUP2医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人当=0时，变化率的绝对

21、值最大，称电势梯度v 场强和电势梯度的关系 电场强度矢量等于电势梯度矢量的负值.医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电矩 P=ql-q+q轴线1.电偶极子：两个相距很近、等量异号电荷组成的带电系统2.电偶极子电场中的电势：a点的电势：电偶极子产生的电势：r l一、电偶极子电场的电势5-4 5-4 电偶极子与电偶极层电偶极子与电偶极层医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病

22、人场中任意点的电势与电偶极场中任意点的电势与电偶极矩成正比矩成正比,与距离的平方成与距离的平方成反比反比,且与待测点方位有关且与待测点方位有关根据电偶极子的定义知根据电偶极子的定义知 r+l，r-l，r l，故可认为故可认为r+r-r2，r+-r-lcos ，p=ql.医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人v 电偶极子电场中的电势与电矩成正比.说明电矩是表征电偶极子整体电性质的物理量.v 电偶极子的电势与r的平方成反比.说明电偶极子的电场比起点电荷的电场,其电势随r的变化更快.v

23、电偶极子电场中电势的分布与方位有关.3.电偶极子电场的电势分布特点：+q-q 正正电势区区负电势区区apU=0医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电偶层：相距很近、互相平行且具有等值异号的面电荷密度的两个带电表面组成的系统。医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人例1：电偶极矩p指向y轴正方向，轴线中心与坐标原点重合，如果电偶极子以匀角速度绕其中心作顺时针转动一周，观察

24、点P位于x轴正方向离偶极子的中心的距离为r，试画出UP t函数图。解：解：t rPxy0UP t0医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人观察点p位于y轴正方向离偶极子的中心的距离为r，试画出UQ t函数图。Up t0 rxy0p医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人一、心电场1.心肌细胞的电活动静息时 U=-90 mV内外K+Na+、Cl-+闭合电偶层，不显电性极化半透

25、膜5-5 5-5 心电知识心电知识医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人除极复极除极结束复极结束细胞在除极和复极过程中将形成一变化的电偶极矩，在周围形成变化电场，并引起空间电势变化。可等效为电偶极子。医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人所有心肌细胞在某一时刻的电偶极矩的矢量和。其大小和方向随时间而周期性变化。2.瞬时心电向量：心电偶：瞬时综合心电向量所代表的等效电偶心

26、电场：心电偶在空间产生的电场-+p医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人空间心电向量环：在一个周期内将瞬时心电向量的箭尾平移到一点，箭头随时间所形成的空间立体环。平面心电向量环：空间心电向量环在某一平面上的投影XYXYZoP(t)医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人心电图：平面心电向量环在某一轴线上的投影随时间展开。PQRST左左右右在一个心动周期中形成三个心电向量环

27、。P环：心房除极QRS环：心室除极T环：心室复极心电图的波形反应心肌传导功能正常与否。医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人同一心电向量在不同导联轴上的投影获得的电势波形是不同的。UatUbtUa0Ub0导联轴：人体体表任意两点之间的联线。二.心电图导联yxoab医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人标准导联：直接取出体表两点间电压加以显示左、右上肢导联左下、右上肢导联

28、左上、左下肢导联医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 rrrABC在距离电偶中心等距离对称之三点上，其电势代数和为零。（中心电端电势为零）单极肢体导联测得的电压曲线只反应体表某一点的电位变化医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人单极加压肢体导联将探查电极放在标准导联的任一肢体上，而将其余二肢体上的引导电极分别与5000欧姆电阻串联在一起作为无关电极。电压增加50左右左

29、下肢单级导联左上肢单级导联右上肢单级导联医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人单极胸导联反应胸部电位分布和变化医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人总 结库仑定律：电场强度、电势：静电场环路定律：电偶极子的电势分布点电荷电势：心电的形成：医用物理学 第五章 静电场烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人下次讲课内容第六章 直流电请预习