高中物理奥赛辅导第六章真空中的静电场.ppt

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1、真空中的静电场+-真空中的静电场真空中的静电场第六章electrostatic field in vacuumchapter 62021/8/11 星期三1本章内容Contentschapter 6Coulombs law 库仑定律定律电场电场强度度electric field electric field strength 高斯定理高斯定理Gausss theorem 电势能能electric potential电势electric potential energy 2021/8/11 星期三2第一节Coulombs law 库仑定律定律6-16-1ss ss一、一、电 荷荷电荷-组成实物的

2、某些基本粒子（电子、质子等）的固有属性之一。自然界存在正、负两种电荷，同性电荷相斥，异性相吸。电荷的量子性自然界中任何带电体的电量 （电荷的定量量度）总是以某一基本单元（）的整数倍（）出现。QenQn e为电子或质子带电量的绝对值。ee2 71369.0 1 7 3 101 库仑（）C 库仑定律定律 库仑定律定律2021/8/11 星期三3电荷守恒定律电荷守恒定律在一个与外界没有电荷交换的系统内，任一时刻存在于系统中的正、负电荷的代数和始终保持不变。该定律的要点：电荷的代数和不变性孤立系统中正、负电荷各自的量可能发生变化，但其代数和恒保持不变。例如，正、负电子相遇转化为两个光子。高能光子经过另

3、一粒子附近时可能转换为正、负电子对。电荷的相对论不变性孤立系统的电量，与其运动状态无关。在不同参考系内进行观察，系统总电量保持不变。电荷守恒定律对宏观过程和微观过程均适用。2021/8/11 星期三4二、真空中的库仑定律点电荷相对于要研究的问题，其大小和形状可以忽略的带电体。q1rr2q施力点电荷受力点电荷施 受单位矢量距离真空中两静止点电荷的的相互作用力（静电力或库仑力）kFq1 2qr2r其中 k0e4p10e24815.0812mCN.21.2称真空电容率0e或真空介电系数2021/8/11 星期三5这种矢量表达式不论 为同号q1 2q或异号电荷，也不论 谁是受q1 2q力者均可适用。例

4、如，带负电2q2q()0,q1带正电()0,q1若考虑2q受力F,所得结果F0,即 与 反向，Fr与定性判断一致。真空中的库仑定律又可写成Frq1 2qr20e4p13rq1 2qr0e4p1q1rr2q施力点电荷受力点电荷施 受单位矢量距离真空中两静止点电荷的的相互作用力（静电力或库仑力）kFq12qr2r其中k0e4p10e24815.081 2mC N.21.2称真空电容率0e或真空介电系数2021/8/11 星期三6第二节6-26-2ss ss电场电场强度度electric field electric field strength 一、电 场电场 给电荷以作用力的物理场。静电场 相对

5、于参考系或观测者静止的电荷在其周围空间所产生的电场。又称库仑场。静止电荷之间的相互作用力是通过静电场来传递的。电荷电场电荷电场是物质存在的一种形态，也具有能量、动量和质量。电场电场强度度电场电场强度度2021/8/11 星期三7二、二、电 场 强 度度带电体试验电荷（带正电的点电荷）FEFq0sIC CN Nh1mVh1E的 单位为或空间某点 的电场强度PEq0（受的电场力）q0EF与同向q0的大小与无关E2021/8/11 星期三8(1)E 与与 q 成反比，因为成反比，因为公式中公式中 q0 出现在分母上。出现在分母上。电场强度电场强度0q的物理意义表明的物理意义表明EF0请在放映状态下点

6、击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案随堂小议(2)E 与与 q 无关，因为分无关，因为分子子 F 中含有中含有 q 因子。因子。00结束选择结束选择2021/8/11 星期三9(1)E 与与 q 成反比，因为成反比，因为公式中公式中 q0 出现在分母上。出现在分母上。电场强度电场强度0q的物理意义表明的物理意义表明EF0请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案随堂小议(2)E 与与 q 无关，因为分无关，因为分子子 F 中含有中含有 q 因子。因子。00结束选择结束选择2021/8/11 星期三10(1)E 与与 q 成反比，因为成反比，因为公式中公

7、式中 q0 出现在分母上。出现在分母上。电场强度电场强度0q的物理意义表明的物理意义表明EF0请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案随堂小议(2)E 与与 q 无关，因为分无关，因为分子子 F 中含有中含有 q 因子。因子。00结束选择结束选择2021/8/11 星期三11点电荷的场强q0rFEFq00rq qr20e4p1q01rqr20e4p1点电荷 的场强qq2021/8/11 星期三12点电荷系场强场强叠加原理及其应用一、分立点电荷系的场强+q13q2qP3E2E1EE合场强ESin1EiE？2021/8/11 星期三13偶极电荷连线的延长线上某点 B 处

8、的场强偶极电荷连线的中垂线上某点 A 处的场强例例电偶极子的场强+EAEA+EA()+EAEA+EAcosq2q0e4pl2r2l2()2+r2l2()2+q0e4pl32r2l2()2+EB+EBEBEBq0e4p1rl2()2+rl2()21lq0e4p2rr2l2()22q+EAqEAEAqqlq+qB+EBEBEBrOrArl若则q10e4p3rlEA远rl若则10e4p2ql3rEB远定义偶极矩为l+方向由 指向并规定10e4p3r2EB远则EA远10e4p3r，qlp电矩 或pp2021/8/11 星期三14带电体的场强二、连续分布电荷的场强V V带电体qdqdxyzE？PEdxE

9、yEzEVEdxVVEdyEdzkjiEdEdxEdyEdz+E2xE+yE2zE2ExE+iyEjzEk2021/8/11 星期三15例例均匀带电直线的场强ydysinqcosdEr20e4p1ldyxdEydEdEdEqqld线元 带电dydy在 点产生元场强为P换元dydqctg2tga raysin()p qsinq()p qtgqrya2 sinq2a2cscq2aq,dy a cscq2dqdE0e4p1la2 cscq20e4p1ala cscq2dqdq得E？YXOa1q2q电荷线密度lABLdEydExdErqp qP2021/8/11 星期三16续16YXO例例均匀带电直线

10、的场强rAB1qLyadExdEydE2qdyqp qPsinqcosdEr20e4p1ldyxdEydEdEdEqqld线元 带电dydy在 点产生元场强为P电荷线密度l换元dydqctg2tga raysin()p qsinq()p qtgqrya2 sinq2a2cscq2aq,dy a cscq2dqdE0e4p1la2 cscq20e4p1ala cscq2dqdq得dE0e4p1aldq得sinxdExE0e4pal1q2qqdqcos0e4pal1q2q()cosydE0e4pal1q2qqdqyEcos0e4pal1q2q()sinsin2021/8/11 星期三17续17YX

11、O例例均匀带电直线的场强rAB1qLyadExdEydE2qdyqp qPsinqcosdEr20e4p1ldyxdEydEdEdEqqld线元 带电dydy在 点产生元场强为P电荷线密度l换元dydqctg2tga raysin()p qsinq()p qtgqrya2 sinq2a2cscq2aq,dy a cscq2dqdE0e4p1la2 cscq20e4p1ala cscq2dqdq得dE0e4p1aldq得sinxdExE0e4pal1q2qqdqcos0e4pal1q2q()cosydE0e4pal1q2qqdqyEcos0e4pal1q2q()sinsinxEcos0e4pal

12、1q2q()cosyE0e4pal1q2q()sinsinjixE+EyEE2xE+yE2若 L 为无限长01q2qpExE0epal22021/8/11 星期三18E？带电平面场强例例无限大均匀带电平面的场强sq电荷面密度sYOzXbrEdyEdxEdydy带电线元场强的积分P带电平面的场强线元的电荷线密度ldys对应于本题Eddysr2pe0运用无限长直电荷场强公式Ela2pe0各线元的 对称相消EdyExEdEdcosq2021/8/11 星期三19续19E？带电平的场强例例无限大均匀带电平面的场强sq电荷面密度sYOzXbrEdyEdxEdydy带电线元场强的积分P带电平面的场强线元的

13、电荷线密度ldys对应于本题Eddysr2pe0运用无限长直电荷场强公式Ela2pe0各线元的 对称相消EdyExEdEdcosqdysEdr2pe0ExEdEdcosqdysr2pe0cosq2+b y2rb得Edysr2pe02bdys2pe0b2+by288s2pe0()ybarctg88s2pe0(2p2p)s2e02021/8/11 星期三20两个常用公式注意前述两个推导结果*“无限长”均匀带电直线的场强El0epa2电荷线密度laPE为负时lE反向*EEs电荷面密度s“无限大”均匀带电平面的场强s2e0E为负时E反向s2021/8/11 星期三21带电圆环场强XqaOXxE？例例均

14、匀带电圆环轴上点的场强圆环轴上 点的场强P各线元的 成对相消Ed线元 的电量为dldq2paqdl对应的元场强为Ed10e4p2dqrxEdcosqEdsinEdEdq圆周上各线元在 点的元场强的矢量和PE则xEdcosqEd02pa10e4p2dqrxr()10e4pqxxa2+2 322pa102padl()0e4pqxxa2+2 32dlrqEdxEdEdP2021/8/11 星期三22续22XqaOXxE？带电圆环场强例例均匀带电圆环轴上点的场强圆环轴上 点的场强P各线元的 成对相消Ed线元 的电量为dldq2paqdl对应的元场强为Ed10e4p2dqrxEdcosqEdsinEdE

15、dq圆周上各线元在 点的元场强的矢量和PE则xEdcosqEd02pa10e4p2dqrxr()10e4pqxxa2+2 322pa102padl()0e4pqxxa2+2 32dlrqEdxEdEdPXqaOxrEPE0e4pqx()x a2+232结果：又因()x a2+2 21r故又可表成3E0e4pqxr若xa（远场）x()xa2+232x x312x则0e4pq远E(2x)相当于点电荷的场强2021/8/11 星期三23带电圆盘场强E？s s例例均匀带电薄圆盘轴上点的场强圆盘在 点的场强P各同心环带元在 点的元场强的矢量和PR RO OXxrEdadada aP电荷面密度sada某圆

16、环半径 ，环带宽dq该环带电为2psa adEx()423pe0q+2ax2运用带电圆环轴上场强公式Edx()423pe0+2ax2dq对应于本题为4pe0()23+2ax 2x2psaadE则Ed2e0sxR0a()23+2ax2ad2e0sx1()2+2 ax 21 0R2e0s(1x)+2x 2R若 x（超近场）则相当于无穷大带电平面的场强Rx+2x2R以至0超近E2e0s2021/8/11 星期三24带电球面场强E？R电荷面密度sOr例例均匀带电球面的场强球面在 点的场强P球面上各环带元在 点的元场强的矢量和PEx()423pe0q+2ax2运用带电圆环轴上场强公式a某环带半径 sin

17、q环带宽dq环带面积为2pdsa adq2 sinqdq2pRRRR对应于本题为 Ed()234pe0+2ax2dqx总电量 q4p2Rs环带带电量sdqdss2sinqdq2pR21q sinqdq2pe08cosq()rRq sinqdqsinq2R2+cosq()rR23dqRldqqOa axEdP2021/8/11 星期三25续25带电球面场强E？R电荷面密度sOr例例均匀带电球面的场强球面在 点的场强P球面上各环带元在 点的元场强的矢量和PEx()423pe0q+2ax2运用带电圆环轴上场强公式a某环带半径 sinq环带宽dq环带面积为2pdsa adq2 sinqdq2pRRRR

18、环带带电量sdqds对应于本题为 Ed()234pe0+2ax2dqxqdqOa axEdP总电量 q4p2Rss2sinqdq2pR21q sinqdqldqR2pe08cosq()rRq sinqdqsinq2R2+cosq()rR232pe08cosq()rRq sinqdqsinq2R2+cosq()rR23Ed为积分方便换元dqldQ2R+2r2cosq()rRpe08cosq()rRq sinqdq23由POQl2R+2r2cosq()rR12ld得2R+2r2cosq()rRrRsinqdqEdE22()pe08qRrrR+rr1rR2l2lrRl2dl16pe0Rr2qRrrR

19、+2rR2 l2l2dl16pe0Rr2ql2rR2lRrrR+qpe0r24P 点在球面外：若P点在球面内积分限为RrrR+到，结果得0E2021/8/11 星期三26电场线6-36-3ss ss高斯定理高斯定理Gausss theorem 约定：某点处电场线的方向是该点处NddsE的方向。电场线的密度定为E特点：源于正、汇于负的非封闭连续曲线。非源、汇处 线不相交。E+-Nd条通过垂直 的面元dsEEP一、电场线（电力线或 线）E静电场的虚拟形象描述电场线真空中静电场的高斯定理2021/8/11 星期三27电通量二、电通量（通量）E电通量电通量 ：通过电场中某一个面的电场线数。ef匀强电场

20、中通过某一平面 的 通量sEEEsnnsefE sEEsnnsqqqqqcossqcossefE sqcos2021/8/11 星期三28续28sqEnds非匀强电场中通过任一曲面 的 通量sEE通过面元 的 元通量dsefdefdqcosdsE定义面元矢量dsndsefd则 的定义式为efdqcosdsEEds通过曲面 的 通量为sEefdefsqcosdsEEdsss若为封闭曲面，应规定n各个面元的 均指向曲面外，sefEds并作封闭面积分2021/8/11 星期三29凡例例例EEnnRq qq q圆面非封闭半球面ef2pREef2pREef2pRE匀强efqcosdsEsEdss封闭半球

21、面封闭球面任意封闭曲面nn nn nEn nn n匀强E非匀强sefEds 0ef0ef0即进、出同一封闭面的 线数目相等，总通量均为零。E2021/8/11 星期三30特例引入下节例例封闭球面中心有点电荷E+q qr rnqe04pr24pr2he0qefEdssEef-q qr rn同理可得qe0e0qq用负值带入+q qs12sss12ss对球面对球面对包围 的任意封闭曲面q：必有efqe0efqe0efqe02021/8/11 星期三31e0qefef0+qsEef通过任意封闭曲面 的 通量sE回顾前例内q 在 sq 在外s+Eqs高斯定理将给出更普遍的表述三、高斯定理三、高斯定理20

22、21/8/11 星期三32续32外sEds0efsEds0qs在2ef112内efsEdsefsEefsEe0dse0dse0qs在i13 ii2i1i23 iqi1qi2qi3efsEEdse0sEdse0()+()E1+)总E2+Ei1+i2+3 iqi1+qi2+qi31qiS通过任意封闭曲面 的 通量sEqisefEdssqcosdsESe01+-+-s任意封闭曲面（简称高斯面）q1q1iq3iq2 iq2在真空中通过任一封闭曲面的电通量该曲面内电荷电量的代数和除以e0注意EqiS及在 面ss内、外ds的 合场强一切电荷的面元 处s内的电荷电量的代数和三、高斯定理三、高斯定理2021/

23、8/11 星期三33续33续28+-+-q1q1iq3iq2 iq2s任意封闭曲面通过任意封闭曲面 的 通量sEqisefEdssqcosdsESe01s内的电荷电量的代数和在 面ss内、外ds的 合场强一切电荷的面元 处（简称高斯面）三、高斯定理三、高斯定理Q任意带电体s内的电荷电量的代数和dqQ积分2021/8/11 星期三34（1 1）为零，也可能不为零；）为零，也可能不为零；（2 2）处处为零。）处处为零。请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案 若通过一闭合曲面的 通量为零，则此闭合曲面上的 一定是EE随堂小议结束选择结束选择2021/8/11 星期三35

24、（1 1）为零，也可能不为零；）为零，也可能不为零；（2 2）处处为零。）处处为零。请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案 若通过一闭合曲面的 通量为零，则此闭合曲面上的 一定是EE随堂小议结束选择结束选择2021/8/11 星期三36（1 1）为零，也可能不为零；）为零，也可能不为零；（2 2）处处为零。）处处为零。请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案 若通过一闭合曲面的 通量为零，则此闭合曲面上的 一定是EE随堂小议结束选择结束选择2021/8/11 星期三37四、应用高斯定理求场强例例“无限长”均匀带电直线的场强某些带电体的电

25、场具有某种特殊的对称性分布，应用高斯定理，恰当选取高斯面 ，能方便地求出场强。sefEdsqiSe01sqcosdsEsE呈轴对称分布s同轴封闭圆柱面选取 为ah线电荷密度ls内的 qiSlh,s上、下底面的 通量均为零EE圆柱侧面各点E 等值与ds法线同向,且qcosdsEssEcos 0dsE2pah由高斯定理得E2pahlhe0El2pae02021/8/11 星期三38例例“无限大”均匀带电平面的场强EE均匀，垂直于带电平面指向呈平面对称状态电荷面密度sssEEss选封闭s母线与两侧圆平面面积均为s圆柱面，平行E通过圆柱曲面 通量为零，E垂直通过E由高斯定理E1qiSdsse0efss

26、sE+2sEsE本题s2e0E得2sEe01ss2021/8/11 星期三3934推广s ss ss ss ss ss2e0s2e0Ex:s2e0s2e0Ex:s2e0s2e0+s2e0s2e000s se0X2021/8/11 星期三40应用：球面例例均匀带电球面的场强ORrsEs电荷面密度PrR带电球面外 大小必相等sE面上各点的合场强 方向与 正交s（与面元法线同向）作同心 封闭球面 sef由高斯定理EqiSdss1e0p4s2RE2p4rQ球面总电量得E2p4 r1e0p4s2R1e0QOeE2rs2RQp4Oe2r2021/8/11 星期三41续41ORrsEs电荷面密度PrR带电球

27、面外 大小必相等sE面上各点的合场强 方向与 正交s（与面元法线同向）作同心 封闭球面 sef由高斯定理EqiSdss1e0p4s2RE2p4rQ球面总电量得E2p4 r1e0p4s2R1e0QOeE2rs2RQp4Oe2r例例均匀带电球面的场强rR带电球面内s 面上某点的合场强 EE1+E2I的合场I I的合场ROrssE1E2II I将球面分割为I I I两部分P过POPE1E2与 反向OP且与 共线E1E2是否可相互抵消另作别论，E但其合场强的大小在 面上各点必相同，s其方向必与该点的面元法线共线。由高斯定理EqiSdss1e0E2p4ref0E2p4r00Oe这与电荷元场强积分法结果是

28、一致的2021/8/11 星期三42应用：球体例例均匀带电球体的场强由高斯定理EqiSdss1e0efrREp42rQ1e0p43R3r球体总电荷Ee032rR3rp42re0QrREp42r1e0p433rrEe03rR3rp4e0QrsE基于球体均匀带电同一半径 的高斯面上rE的法线同向。等值，方向与各面元（均以带正电为例）POOr rR R电荷体密度r电荷体密度rr2021/8/11 星期三43比较结果比较均匀带电球面与球体的场强结果OOr rR R电荷体密度r电荷体密度r总电量总电量Q QORrs电荷面密度总电量总电量Q QEORrQp4Oe2 rOe2rs2ROERrEe03rR3r

29、p4e0Qre03 2 rR3rp4 2 re0Q球面球体E0r()Rr()Rr()Rr()R2021/8/11 星期三44静电保守力6-46-4ss ss电势能能electric potential energy+qq0qcFEdlr+rdrrdbrb一、静电场力是保守力一、静电场力是保守力AdhFdlq0Ehdlq0Eqcosdlq0qr20e4p1qcosdlqr20e4p1q0rdA)ab cdArab rqr20e4p1q0rdq0e4pq0()1rabr1试验电荷点 电 荷 的 电 场qaradl无穷小静电场的环路定理 电势能2021/8/11 星期三45续45+qq0qcFEdl

30、r+rdrrdbrb一、静电场力是保守力一、静电场力是保守力静电场的环路定理AdhFdlq0Ehdlq0Eqcosdlq0qr20e4p1qcosdlqr20e4p1q0rdA)ab cdArab rqr20e4p1q0rdq0e4pq0()1rabr1试验电荷点 电 荷 的 电 场qaraA)ab cdAq0e4pq0()1rabr1此结果表明q q0、一旦给定，电场力所作的功取决于移动试验电荷的始、末位置，而与移动路径无关。若沿任意闭合则电场力所做的功为零。即路线绕行一周，LA00qhLEdl闭2021/8/11 星期三46点电荷系点 电 荷 系 的 电 场q12q+3qEq0试验电荷1E

31、2E3Edlabc()ab c(2E1E+EN+h h h+0qhdlab c(0q1Ehdl+ab c(0q2Ehdl+h h h+ab c(0qhdlEN1A+2A+h h h+AN因1A2Ah h hAN，均与始、末位置有关，而与做功路径无关，故 也有相同性质。AEE2E1E+N+h h h+合场强A0qab c(hEdl合电场力的功2021/8/11 星期三47续47点 电 荷 系 的 电 场q12q+3qEq0试验电荷1E2E3Edlabc()ab c(2E1E+EN+h h h+0qhdlab c(0q1Ehdl+ab c(0q2Ehdl+h h h+ab c(0qhdlEN1A+

32、2A+h h h+AN因1A2Ah h hAN，均与始、末位置有关，而与做功路径无关，故 也有相同性质。AEE2E1E+N+h h h+合场强A0qab c(hEdl合电场力的功L0hdlLhdlLE1E+N+h h h+0+h h h+000q0qhdlL2E0qA闭Ehd lL 0q在点电荷系的电场中，试验电荷沿任意闭合路线绕行一周，合电场力所做的功为零。连续带电体的静电场也有相同的性质。2021/8/11 星期三48保守力小结A00qhLEdl闭可见对任何形式分布的电荷所产生的静电场均成立。由于沿任一闭合回路做功为零的力称为保守力，故静电场力是保守力，静电场是保守力场。2021/8/11

33、 星期三49环路定理二、静电场的环路定理其中0q0故L0hEdlLhEdl积分称 场强 的环流。E静电场的环路定理在静电场中，场强沿任一闭合回路的线积分恒等于零。A00qhLEdl闭由，2021/8/11 星期三50三、电势能E任意路径ab0q静电场矢量场保守力场是又是可引入 概念势能具有保守力场性质的矢量场称为势场试验电荷 位于0qab点点静电系统具有电势能WaWb0q 沿任意路径从 到ab静电场力做的功 Aab设其功能关系为()WaWbAabWbWa电场力做正功，系统的电势能减小。电势能是空间坐标的函数，其量值具有相对性。电势能零点的选择具有任意性。2021/8/11 星期三51续51E静

34、电场矢量场保守力场是又是可引入 概念势能具有保守力场性质的矢量场称为势场三、电势能任意路径ab0q试验电荷 位于0qab点点静电系统具有电势能WaWb0q 沿任意路径从 到ab静电场力做的功 Aab设其功能关系为()WaWbAabWbWa电场力做正功，系统的电势能减小。P()0试验电荷 位于0qa点点静电系统具有电势能WaW0q 沿任意路径从 到a静电场力做的功 Aa设P()0P0P()0PAaPE0qdlhaP()0Wa0即WaE0qdlhaP()0电势能是空间坐标的函数，其量值具有相对性。电势能零点的选择具有任意性。试验电荷 在电场某点 的电势能，在量值上等于将试验电荷0qa沿任意路径移至

35、电势能为零处的过程中，电场力所做的功。2021/8/11 星期三52点电荷例0q+qaraErqr20e4p1r8P(0(任意路径例例试验电荷 处在0q点电荷qa的电场中电势能为点处的若选择无限远处为电势能零点P(0(，WaE0qdlhaP()0r8ra0qqr20e4p1dq0e4p10qra2021/8/11 星期三53电势electric potential电 势6-46-4ss ssWa0qaP()0E dlh联想电势能与试验电荷 有关0q不能描述电场自身性质若用比值Wa0q，则与 无关。0q一、电 势定义：电场中任意点 的电势aVa单位正电荷在该点所具有的电势能单位正电荷从该点沿任意

36、路径移至电势能零点处的过程中电场力所做的功VaWa0qaP()0dlhE电势也是相对的，其值与电势的零点选择有关。无限远或地表，常被选为理论或实验问题的电势零点。电势差电势2021/8/11 星期三54电势差二、电 势 差定义电场中任意两点 、的电势差abUVUaVbaP()0dlhEP()0dlhEbadlhEb与电势零电的选择无关，静电场中任意两点的电势差其数值等于将单位正电荷由一点移到另一点的过程中，电场力所做的功。单位正电荷UVaVbAa b0q亦即或Aa b()0q VaVb0qU2021/8/11 星期三55叠加原理电势叠加原理0q+qaraErqr20e4p1r8P(0(任意路径

37、Waq0e4p10q回顾ra可知点电荷 的电场中某点 处aq的电势为VaWa0qq0e4p1ra点电荷的电势公式是计算电势具有标量叠加性。其它带电体系电势的基础。2021/8/11 星期三56续56点电荷系电场中 点处的电势aq12q+3qa1arr2a3raE1E2E3E合场强+E1NEE2+。V8电势aaEhdl。8adlE1 h+8adlhNE8adlEh2+Va1+。VaVa+2N0e4p1q1 ar+0e4p1qar+。+0e4p1qar2N12N即VaS0e4p1qarii总电势各点电荷电势代数和2021/8/11 星期三57求例例已知+a2ddq+-q点处的电势解法提要：Va-q

38、0e4p1d3q0e4p1d-6q0epd至于具有连续点荷分布的带电体，其电场中某点的电势可用点电荷电势积分法求解。2021/8/11 星期三58（1 1）场强为零的地方，）场强为零的地方，电势必定为零；电势必定为零；（2 2）场强相等的地方，）场强相等的地方，电势必定相等；电势必定相等；（3 3）带正电的物体其）带正电的物体其 电一定是正的；电一定是正的；（4 4）以上结论都不对。）以上结论都不对。结束选择结束选择请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案 关于电势的概念下列说法中正确的是随堂小议2021/8/11 星期三59（1 1）场强为零的地方，）场强为零的地

39、方，电势必定为零；电势必定为零；（2 2）场强相等的地方，）场强相等的地方，电势必定相等；电势必定相等；（3 3）带正电的物体其）带正电的物体其 电一定是正的；电一定是正的；（4 4）以上结论都不对。）以上结论都不对。结束选择结束选择请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案 关于电势的概念下列说法中正确的是随堂小议2021/8/11 星期三60（1 1）场强为零的地方，）场强为零的地方，电势必定为零；电势必定为零；（2 2）场强相等的地方，）场强相等的地方，电势必定相等；电势必定相等；（3 3）带正电的物体其）带正电的物体其 电一定是正的；电一定是正的；（4 4）以

40、上结论都不对。）以上结论都不对。结束选择结束选择请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案 关于电势的概念下列说法中正确的是随堂小议2021/8/11 星期三61（1 1）场强为零的地方，）场强为零的地方，电势必定为零；电势必定为零；（2 2）场强相等的地方，）场强相等的地方，电势必定相等；电势必定相等；（3 3）带正电的物体其）带正电的物体其 电一定是正的；电一定是正的；（4 4）以上结论都不对。）以上结论都不对。结束选择结束选择请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案 关于电势的概念下列说法中正确的是随堂小议2021/8/11 星期三6

41、2（1 1）场强为零的地方，）场强为零的地方，电势必定为零；电势必定为零；（2 2）场强相等的地方，）场强相等的地方，电势必定相等；电势必定相等；（3 3）带正电的物体其）带正电的物体其 电一定是正的；电一定是正的；（4 4）以上结论都不对。）以上结论都不对。结束选择结束选择请在放映状态下点击你认为是对的答案请在放映状态下点击你认为是对的答案 关于电势的概念下列说法中正确的是随堂小议2021/8/11 星期三63电势计算法电势的两种常用计算方法电势叠加法VaS0e4p1qarii应用或Va0e4pqrdQ电势定义法应用VaaP()0d lhE2021/8/11 星期三64带电环双例例例计算电荷

42、线密度为 的带电细圆环垂轴上 点的电势aVal+电势叠加法Va()hdlq0Rl+dqxaaX单位长度带电量dqdlRldql0e4pdVa1qd+R22xadVa0p2dq+R2 2xa0e4plRlR0e2+R22xa或+R22xa0e4pq，qlp2R电势定义法0Rl+haXxa8hE dla88xEdxVaxxa8xadx+R22x)(230e2lRx0e4pq+R2 2x)(23xE0e2lR8xa+R22x)(23xdxlR0e2+R22xa+R22xa0e4pq结果一致2021/8/11 星期三65带电薄圆盘例例用电势叠加法求均匀带电薄圆盘垂轴上某点的电势rsRxaaXhVa0h

43、dr面电荷密度所取环带上含电量dqp2 rsdrr+22xar利用上例 结果在本题则为VR0dVaa0e4p+22xarp2 rsdrqddVa0e4p+22xar()+R22xa+22xarr0e2sR0dr0e2sxa2021/8/11 星期三66带电薄球壳例例用电势定义法求均匀带电薄球壳内、外空间的电势分布+RQ薄球壳880r内r外外E内0外EV内E内hdr+8外Ehdrr20e4pQ08R+r20e4pQdr0e4pQR不变量Vr内RRr外8hdr外Er外8r20e4pQdr0e4pQr外与 成反比r外Vr0R2021/8/11 星期三67带电平行线例例用电势定义法求一对均匀带等量异号

44、电荷无限长直线外某点 的电势P0()PaXYx y-l+l（电荷线密度）a,rr+ZP0选 轴为零势线Z+EEhVPEP0drP0hh+drdr得VPr+a2p0erldr+ra2p0erdr-lln2p0elar+lnar2p0ellnr+r2p0elln22(x+a)+y22(x a)+y4p0el22(x+a)+y22(x a)+yln2021/8/11 星期三68带电平行板X0EEE0se0ss+-0d电荷面密度例例如图示两“无限大”均匀带电平行平面若选正电平面为零势面求 、区电势分布V()ixhd0Ex0 x 0V()hx0idxEx0se0ihidxse0 xxd0dV()xEhi

45、dx+d0Ehidxse0dxd0VXd2021/8/11 星期三69同轴带电柱例例ABRABR同轴圆柱面A、B均匀带电单位高度A柱面带电B柱面带电ll求A、B柱面电势差由电势差定义EVABVAB.dlRABR.Erdr应用高斯定理可求得Er，带入后得lnVABVRABRdr2pe0rl2pe0lBRRA2021/8/11 星期三70同轴带电环例例用电势定义法求一对均匀带等量异号电荷等半径共轴圆环圆心间的电势差x+0RXR0qqaII Ix0e4pq+R2 2x)(23xEIxEI Ix0e4pq+R2232x)(axEIxEI I+xEhE dU00 xa0 xdxa0 xEI+a0 xEI

46、 Idxx0e4pq+R2 2x)(23a0dx+a0 x0e4pq+R2232x)(adx0e4pqR2+x21+R2+2x)(a10a20epqR)(1R2+21a2021/8/11 星期三71等势面等 势 面等势面（亦称等位面）在电场中电势相同的点所构成的曲面。性 质电场强度（或电场线）与等势面处处正交。较密集；电场强度小的地方电场强度大的地方等势面等势面较稀疏。带电体带电体+E电电场场线线等等势势面面2021/8/11 星期三72点电荷势场等势面等势面场电线电场线+2021/8/11 星期三73电偶极势场+-电场线电场线等势面等势面2021/8/11 星期三74电容器势场+电场线等势面

47、2021/8/11 星期三75电导块势场等势面等势面电场线电场线+2021/8/11 星期三76综合势场图+等势面等势面场电线电场线+电场线等势面+-电场线电场线等势面等势面+等势面等势面电场线电场线+2021/8/11 星期三77场势微分式场强与电势的微分关系E电场力的功电势能的减小0qV12V+lq0qEl()2VV1cosE lqVlElVVlEl0q得EdlqV+VdVdl0q同理，在非均匀场的微区域中0qEdVcosEqdllEdldVdV得lEdVdl0q+2021/8/11 星期三78续78场强与电势的微分关系E电场力的功电势能的减小0qV12V+lq0qEl()2VV1cosE

48、 lqVlElVVlEl0q得EdlqV+VdVdl0q同理，在非均匀场的微区域中0qEdVcosEqdllEdldVdV得lEdVdl0q+lEdVdl电场中某点的场强在任一方向上的投影等于电势沿该方向的导数的负值。在直角坐标中ElzEyExEdlxddydzxEyEzEVeexVeeyVee,z场强在各坐标轴上的投影等于电势对各坐标的偏导数的负值。2021/8/11 星期三79电势梯度场强与电势的微分关系E电场力的功电势能的减小0qV12V+lq0qEl()2VV1cosE lqVlElVVlEl0q得EdlqV+VdVdl0q同理，在非均匀场的微区域中0qEdVcosEqdllEdldV

49、dV得lEdVdl0q+lEdVdl电场中某点的场强在任一方向上的投影等于电势沿该方向的导数的负值。在直角坐标中ElzEyExEdlxddydzxEyEzEVeexVeeyVee,z场强在各坐标轴上的投影等于电势对各坐标的导数的负值。电场中某点的场强在任一方向上的投影等于电势沿该方向的导数的负值。在直角坐标中ElzEyExEdlxddydzxEyEzEVeexVeeyVee,z场强在各坐标轴上的投影等于电势对各坐标的偏导数的负值。lEdVdlzEyExE+Ekji+gradVVVVeexVeeyVeez()i+j+k,grad梯度梯度算符VeexVeeyVeez()i+j+kgrad V称直角

50、坐标中的电势梯度（矢量）eexeeyeez()i+j+k电场中某点的场强等于该点电势梯度的负值。V 0处E 0V 0处E未必为零E 0处 V未必为零注意2021/8/11 星期三80由V求E例题已知 分布，应用场强与电势的微分关系求 分布EV解法提要：EIVdrdIeI IEI IVdrdI I IEVdrdI I Idrddrddrd()+1Qpe0412QR2R10()R1r()+1Qpe0412QR2rpe04r21Q()rR1R2pe04rQ1+2Q2Q1Qpe04r2+()rR2例例E1QVr()II II I I2QR1OR2两均匀带电同心球面已知求r()VVIVI II I IV