静电场的基本规律课件.ppt

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1、静电场的基本规律第1页，此课件共63页哦绪绪 论论第2页，此课件共63页哦基本情况与知识结构0 01 1 绪绪 论论普通物理学数学电电动动力力学学统统计计力力学学量量子子力力学学理论物理学固体物理学激光物理学量子电动力学量子场论电子通信类课程电磁相关的技术理理论论力力学学第3页，此课件共63页哦知识结构知识结构1、电磁现象的普遍规律经典电磁理论6、狭义相对论静态场时变场2、静电场3、静磁场4、电磁波传播5、电磁波辐射7、带电粒子和电磁场的相互作用宏观电磁现象微观电磁现象第4页，此课件共63页哦第5页，此课件共63页哦1-1 1-1 电荷及其相互作用电荷及其相互作用1-2 1-2 电场和电场强度

2、电场和电场强度1-3 1-3 电场线和电通量电场线和电通量1-4 1-4 高斯定理高斯定理1-5 1-5 静电场的环路定理静电场的环路定理 电势电势1-6 1-6 等势面等势面 电势的梯度电势的梯度1-7 1-7 电荷系的静电能电荷系的静电能1-8 1-8 静电场的能量静电场的能量第6页，此课件共63页哦1-1 1-1 电荷及其相互作用电荷及其相互作用第7页，此课件共63页哦1.1.电荷及其性质电荷及其性质1.1 1.1 电荷电荷摩擦起电摩擦起电带电现象：带电现象：物体经摩擦后对轻微物体有吸引作用的现象物体经摩擦后对轻微物体有吸引作用的现象。两种电荷：两种电荷：硬橡胶棒与毛皮摩擦后所带硬橡胶棒

3、与毛皮摩擦后所带的电荷为的电荷为负电荷负电荷。玻璃棒与丝绸摩擦后所带的电玻璃棒与丝绸摩擦后所带的电荷为荷为正电荷正电荷。第8页，此课件共63页哦1.2 1.2 电荷的基本性质电荷的基本性质电荷间有力的相互作用，同性相斥，异性相吸。电荷间有力的相互作用，同性相斥，异性相吸。第9页，此课件共63页哦1.3 1.3 物质的电结构物质的电结构物物体体因因得得失失电电子子而而带带电电荷荷。得得到到电电子子带带负负电电；失失去去电电子子带带正正电电。电电荷荷是是物物质质的的一一种种基基本本属属性性，就就象象质质量量是是物质一种基本属性一样。物质一种基本属性一样。第10页，此课件共63页哦 在一个孤立的带电

4、系统中，无论发生什么变化，系在一个孤立的带电系统中，无论发生什么变化，系统所具有的正负电荷电量的代数和保持不变。统所具有的正负电荷电量的代数和保持不变。1.5 1.5 电荷守恒定律电荷守恒定律1.6 1.6 电荷的相对论不变性电荷的相对论不变性 在不同参照系中观察，同一带电体的电量不变。在不同参照系中观察，同一带电体的电量不变。1.4 1.4 电量及其量子化电量及其量子化 第11页，此课件共63页哦2.2.库仑定律库仑定律在在真真空空中中，两两个个静静止止点点电电荷荷之之间间的的相相互互作作用用力力的的大大小小与与它它们们的的电电量量q1和和q2的的乘乘积积成成正正比比，与与它它们们之之间间距

5、距离离r的的平平方方成成反反比比；作作用用力力的的方方向向沿沿着着它它们们的的连连线线，同同号号电电荷相斥，异号电荷相吸。荷相斥，异号电荷相吸。2.1 2.1 库仑定律库仑定律库仑扭秤库仑扭秤第12页，此课件共63页哦真空中介电常数真空中介电常数 q1q2r21F21F122.2 2.2 库仑定律的数学表达式库仑定律的数学表达式第13页，此课件共63页哦3.3.静电力的叠加原理静电力的叠加原理Qi q riFi电荷连续分布电荷连续分布dQr qdF第14页，此课件共63页哦例例1-1在氢原子中，电子与质子之间的距离约为在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.3 10-11m。求它们之间的万有引

6、力和静电力。求它们之间的万有引力和静电力。解：解：第15页，此课件共63页哦作业：作业：1.1-7 第16页，此课件共63页哦1-2 1-2 电场和电场强度电场和电场强度第17页，此课件共63页哦1.1.电场电场电荷电荷电场电场电荷电荷1.1 1.1 电场间相互作用的场的观点电场间相互作用的场的观点:1.2 1.2 电场电场电电荷荷周周围围空空间间存存在在有有一一种种场场，叫叫电电场场。静静止止的的电电荷荷产生的电场，叫静电场。产生的电场，叫静电场。1.3 1.3 电场的基本性质电场的基本性质对处在电场中的电荷有力的作用对处在电场中的电荷有力的作用第18页，此课件共63页哦2.2.电场强度电场

7、强度qF Q第19页，此课件共63页哦3.3.场强叠加原理场强叠加原理qQiFiP 第20页，此课件共63页哦4.4.电场强度的计算电场强度的计算4.1 4.1 点电荷的场强点电荷的场强QqrF 第21页，此课件共63页哦4.2 4.2 点电荷系的场强点电荷系的场强 QiEiP 第22页，此课件共63页哦4.3 4.3 电荷连续分布的带电体的场强电荷连续分布的带电体的场强dqEPr 第23页，此课件共63页哦体分布体分布面分布面分布线分布线分布体分布体分布面分布面分布线分布线分布第24页，此课件共63页哦例例1-2真真空空中中一一均均匀匀带带电电直直线线，电电荷荷线线密密度度为为。线线外外有有

8、一一点点P，离离开开直直线线的的垂垂直直距距离离为为a，P点点和和直直线线两两端端连连线的夹角分别为线的夹角分别为 1和和 2。求。求P点的场强。点的场强。xyaP12OABxdxdEr dExdEy第25页，此课件共63页哦解：解：第26页，此课件共63页哦无限长带电直线：无限长带电直线：1=0，2=第27页，此课件共63页哦例例1-3电电荷荷q均均匀匀地地分分布布在在一一半半径径为为R的的圆圆环环上上。计计算算在圆环的轴线上离圆环中心在圆环的轴线上离圆环中心O距离为距离为x的的P点的场强。点的场强。xxROdEdE|dErdqP第28页，此课件共63页哦解：解：第29页，此课件共63页哦例

9、例1-4均均匀匀带带电电圆圆盘盘，半半径径为为R，电电荷荷面面密密度度为为。求求轴轴线离圆线离圆盘盘中心中心O距离为距离为x的的P点的电场强度。点的电场强度。xdEPrdr xR O第30页，此课件共63页哦解：解：第31页，此课件共63页哦讨论：讨论：第32页，此课件共63页哦例例1-5如如图图，一一半半径径为为R的的无无限限长长半半圆圆柱柱形形表表面面均均匀匀带带电电，电荷面密度电荷面密度。求。求圆柱圆柱轴线的电场强度。轴线的电场强度。ROddEdEydExdq第33页，此课件共63页哦解：解：第34页，此课件共63页哦作业：作业：1.2-10、1.2-12第35页，此课件共63页哦1-3

10、 1-3 电场线和电通量电场线和电通量第36页，此课件共63页哦1.1.电场线电场线1)1)曲线任上一点的切线方向表示该点场强的方向；曲线任上一点的切线方向表示该点场强的方向；2)2)曲线的疏密表示该点处场强的大小：曲线的疏密表示该点处场强的大小：在电场中画一系列曲线，使得在电场中画一系列曲线，使得E1E2E31.1 1.1 电场线的概念电场线的概念第37页，此课件共63页哦1.2 1.2 静电场中电场线的性质静电场中电场线的性质1）电场线起始于正电荷，终止于负电荷；）电场线起始于正电荷，终止于负电荷；2）电场线永不闭合；）电场线永不闭合；3）电场线永不相交。）电场线永不相交。+-+第38页，

11、此课件共63页哦第39页，此课件共63页哦2.2.电通量电通量2.1 2.1 通量的概念通量的概念（a）（b）en(a)vdtvSS(b)envSS第40页，此课件共63页哦闭合曲面闭合曲面:（c）一般情况）一般情况endS(c)v(d)第41页，此课件共63页哦闭合曲面闭合曲面:2.2 2.2 电通量电通量 静电场中通过某一曲面的电通量定义为静电场中通过某一曲面的电通量定义为EendS E第42页，此课件共63页哦 通过某一曲面的电通量正比于通过该曲面的电场线通过某一曲面的电通量正比于通过该曲面的电场线数。数。第43页，此课件共63页哦enEenq第44页，此课件共63页哦作业：作业：1.3

12、-1第45页，此课件共63页哦1-4 1-4 高斯定理高斯定理 第46页，此课件共63页哦1.1.高斯定理高斯定理 在真空中，通过任一闭合曲面的电通量等于该曲面所在真空中，通过任一闭合曲面的电通量等于该曲面所包围的所有电荷的代数和的包围的所有电荷的代数和的1/o倍。倍。第47页，此课件共63页哦验证高斯定理：验证高斯定理：（a）点电荷在球形高斯面的圆心处）点电荷在球形高斯面的圆心处dSEq(a)R+第48页，此课件共63页哦（b）点电荷在任意形状的高斯面内）点电荷在任意形状的高斯面内（c）点电荷在闭合曲面以外）点电荷在闭合曲面以外+S+q(b)+qS(c)第49页，此课件共63页哦n个N-n个

13、(d)S （d）一般情况）一般情况第50页，此课件共63页哦第51页，此课件共63页哦高斯（高斯（CarlFriedrichGauss17771855）第52页，此课件共63页哦 德德国国数数学学家家和和物物理理学学家家。17771777年年4 4月月3030日日生生于于德德国国布布伦伦瑞瑞克克，幼幼时时家家境境贫贫困困，聪聪敏敏异异常常，受受一一贵贵族族资资助助才才进进学学校校受受教教育育。1795178917951789年年在在哥哥廷廷根根大大学学学学习习，17991799年年获获博博士士学学位位。18701870年年任任哥哥廷廷根根大大学学数数学学教教授授和和哥哥廷廷根根天天文文台台台台

14、长长，一一直直到到逝逝世世。18331833年年和和物物理理学学家家W.E.W.E.韦韦伯伯共共同同建建立立地地磁磁观观测测台台，组组织织磁磁学学学学会会以以联联系系全全世世界界的的地地磁磁台台站网。站网。18551855年年2 2月月2323日在哥廷根逝世。日在哥廷根逝世。高高斯斯长长期期从从事事于于数数学学并并将将数数学学应应用用于于物物理理学学、天天文文学学和和大大地地测测量量学学等等领领域域的的研研究究，著著述述丰丰富富，成成就就甚甚多多。他他一一生生中中共共发发表表323323篇篇（种种）著著作作，提提出出404404项项科科学学创创见见（发发表表178178项），在各领域的主要成就

15、有：项），在各领域的主要成就有：（1 1）物物理理学学和和地地磁磁学学中中，关关于于静静电电学学、温温差差电电和和摩摩擦擦电电的的研研究究、利利用用绝绝对对单单位位（长度、质量和时间）法则量度非力学量以及地磁分布的理论研究。（长度、质量和时间）法则量度非力学量以及地磁分布的理论研究。（2 2）利用几何学知识研究光学系统近轴光线行为和成像，建立高斯定理光学。）利用几何学知识研究光学系统近轴光线行为和成像，建立高斯定理光学。（3 3）天文学和大地测量学中，如小行星轨道的计算，地球大小和形状的理论研究等。）天文学和大地测量学中，如小行星轨道的计算，地球大小和形状的理论研究等。（4 4）结结合合试试验

16、验数数据据的的测测算算，发发展展了了概概率率统统计计理理论论和和误误差差理理论论，发发明明了了最最小小二二乘乘法法，引引入入高高斯斯定定理理误误差差曲曲线线。此此外外，在在纯纯数数学学方方面面，对对数数论论、代代数数、几几何何学学的的若若干干基基本本定定理理作作出严格证明。出严格证明。在在CGSCGS电电磁磁系系单单位位制制（emuemu）中中磁磁感感应应强强度度的的单单位位定定为为高高斯斯（19321932年年以以前前曾曾经经用用高高斯斯定定理理作作为为磁场强度单位），便是为了纪念高斯在电磁学上的卓越贡献。磁场强度单位），便是为了纪念高斯在电磁学上的卓越贡献。第53页，此课件共63页哦2.2

17、.高斯定理的应用高斯定理的应用计算具有对称分布的电荷系（其场强分布也具有计算具有对称分布的电荷系（其场强分布也具有相应的对称性）的场强相应的对称性）的场强解题要点：解题要点：1）适当选择闭合面（高斯面）适当选择闭合面（高斯面）2)计算计算3)计算计算第54页，此课件共63页哦例例1-6一均匀带电球面，半径为一均匀带电球面，半径为R，带电量为，带电量为q。求球体求球体内、外的场强。内、外的场强。Rr 解：解：（1 1）球外某点的场强）球外某点的场强第55页，此课件共63页哦Rr（2 2）球内某点的场强）球内某点的场强rERO第56页，此课件共63页哦Rr 例例1-7一均匀带电球体，半径为一均匀带

18、电球体，半径为R，带电量为，带电量为q。求球体求球体内、外的场强。内、外的场强。解：解：（1 1）球外某点的场强）球外某点的场强第57页，此课件共63页哦Rr（2 2）球体内某点的场强）球体内某点的场强rERO第58页，此课件共63页哦例例1-8一均匀带电无限长圆柱体，半径为一均匀带电无限长圆柱体，半径为R，单位长，单位长度带电量为度带电量为。求圆柱体内、外的场强。求圆柱体内、外的场强。hrRROrr第59页，此课件共63页哦解：解：第60页，此课件共63页哦例例1-9如图，一均匀带电无限如图，一均匀带电无限大平面，单位面积带电量大平面，单位面积带电量为为，求周围的电场强度。，求周围的电场强度。解：解：-EES第61页，此课件共63页哦例例1-10两无限大均匀带电平面两无限大均匀带电平面A、B，其电荷面密度分别，其电荷面密度分别为为+和和-，求空间场强分布。，求空间场强分布。-+BAEAEB解：解：平面之间：平面之间：平面之外：平面之外：第62页，此课件共63页哦作业：作业：1.3-6、1.3-8、1.3-13第63页，此课件共63页哦