电场的性质精选PPT.ppt
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1、关于电场的性质第1页,讲稿共97张,创作于星期二第第8 8章章 真空中的静电场真空中的静电场(研究描写静电场的基本性质的物理量,反映静电场性质的基本定理。)(研究描写静电场的基本性质的物理量,反映静电场性质的基本定理。)(研究描写静电场的基本性质的物理量,反映静电场性质的基本定理。)(研究描写静电场的基本性质的物理量,反映静电场性质的基本定理。)8-18-1电荷和电场电荷和电场一、电荷一、电荷(1 1)电荷的种类:正电荷、负电荷)电荷的种类:正电荷、负电荷(2 2)电荷的性质:同号相斥、异号相吸)电荷的性质:同号相斥、异号相吸电量:电荷的多少电量:电荷的多少 单位:库仑单位:库仑 符号:符号:
2、C(静电场静电场:相对于观察者静止的电荷产生的电场相对于观察者静止的电荷产生的电场)(3 3)电荷的电量是量子化的:)电荷的电量是量子化的:q=n第2页,讲稿共97张,创作于星期二(4)(4)电荷守恒定律:电荷守恒定律:在一个孤立系统内发生的过程中在一个孤立系统内发生的过程中,正正负电荷的代数和保持不变。负电荷的代数和保持不变。二、库仑定律二、库仑定律2 2、库仑定律:、库仑定律:真空中两个静止的点电荷之间的作用力真空中两个静止的点电荷之间的作用力F F的的大小与两电荷大小与两电荷q q1 1,q q2 2乘积成正比,与它们之间的距离乘积成正比,与它们之间的距离r的平方的平方成反比,作用力沿着
3、这两个点电荷的连线,同号电荷相斥,异成反比,作用力沿着这两个点电荷的连线,同号电荷相斥,异号电荷相吸。号电荷相吸。1 1、点电荷:、点电荷:带电体线度带电体线度r r(线度可以忽略),有(线度可以忽略),有m m、q q的点(带电体)的点(带电体)。第3页,讲稿共97张,创作于星期二真空介电常数。真空介电常数。单位矢量,由施力物体指向受力物体。单位矢量,由施力物体指向受力物体。电荷电荷q1 作用于电荷作用于电荷q2 的力。的力。进行有理化进行有理化方向根据同号相斥,异号相吸来方向根据同号相斥,异号相吸来判定。判定。第4页,讲稿共97张,创作于星期二*关于库仑定律的讨论关于库仑定律的讨论:库仑定
4、律包含同性相斥,异性相吸这一结果。库仑定律包含同性相斥,异性相吸这一结果。*q1 和和q2 同性,则同性,则q1 q20,F 和和r0同向同向。斥力斥力或或,*q1 和和q2 异性,则异性,则q1 q2l,电偶极矩电偶极矩求:求:A 点及点及B 点的场强。点的场强。+-设设+q 和和-q 的场强的场强解解:A点场强点场强:分别为分别为 和和第15页,讲稿共97张,创作于星期二+-第16页,讲稿共97张,创作于星期二B点场强点场强:+-第17页,讲稿共97张,创作于星期二+-结论:结论:第18页,讲稿共97张,创作于星期二3.3.连续分布的带电体的电场分布连续分布的带电体的电场分布电荷元随不同的
5、电荷分布应表达为:电荷元随不同的电荷分布应表达为:Ex=dEx Ey=dEy Ez=dEz线电荷线电荷面电荷面电荷体电荷体电荷+电荷元电荷元dqdq 线密度,细棒,带电直导线线密度,细棒,带电直导线 面密度,例:薄圆盘面密度,例:薄圆盘 电荷体密度,例:圆柱体电荷体密度,例:圆柱体第19页,讲稿共97张,创作于星期二例例3 3 均匀带电细杆(均匀带电细杆(q,L),q,L),求求O 点的电场。点的电场。已知:已知:q、a、1、2、。oarlqdlyxdEydEdEx解:解:取电荷元取电荷元确定确定 的大小的大小确定确定 的方向的方向建立坐标,将建立坐标,将 投影到坐标轴上投影到坐标轴上第20页
6、,讲稿共97张,创作于星期二选择积分变量选择积分变量r、l 是变量,是变量,选选 作为积分变量作为积分变量oarlqdlyxdEydEdEx第21页,讲稿共97张,创作于星期二讨论讨论:(1)若若方向垂直于细杆指方向垂直于细杆指向向o点。点。第22页,讲稿共97张,创作于星期二则无限长均匀带电直线的场强为则无限长均匀带电直线的场强为:当当 0,E 0,E 0,E 方向垂直带电导体向外方向垂直带电导体向外(2)半无限长端点处:)半无限长端点处:p第23页,讲稿共97张,创作于星期二O例例4 4 电量为电量为Q Q均匀地分布在一个半径为均匀地分布在一个半径为R R的金属半圆环上,的金属半圆环上,计
7、算圆环中心计算圆环中心o o处的电场强度。处的电场强度。解:电荷连续分布,在圆环上取一长为解:电荷连续分布,在圆环上取一长为dldl的电荷元的电荷元以以o o点为原点,建立点为原点,建立oxox,oyoy轴,轴,根据电荷分布的对称性,电场关于根据电荷分布的对称性,电场关于x x轴对称,轴对称,y y轴分量抵消。轴分量抵消。第24页,讲稿共97张,创作于星期二第25页,讲稿共97张,创作于星期二例例5 5)如图,电荷)如图,电荷q q均匀地分布在半径为均匀地分布在半径为a a的圆的圆环上,求圆环中心轴线上任一点环上,求圆环中心轴线上任一点p p的场强。的场强。P P点点离环心的距离为离环心的距离
8、为x x。+YZXO已知:已知:求:求:解:建立坐标系解:建立坐标系OXYZ分割带电体,取分割带电体,取,带电,带电第26页,讲稿共97张,创作于星期二+YZXO垂直分量抵消了!垂直分量抵消了!+YZXO垂直分量抵消了!垂直分量抵消了!第27页,讲稿共97张,创作于星期二+YZXO讨论:讨论:1)2)P+X可视为点电荷!可视为点电荷!第28页,讲稿共97张,创作于星期二例例6 6)求面电荷密度为)求面电荷密度为 的,半径为的,半径为R R的簿带的簿带电圆盘中心轴线电圆盘中心轴线X X处一点的电场强度。处一点的电场强度。已知:已知:求:求:解:解:建立坐标系建立坐标系OX分割成许多细圆环分割成许
9、多细圆环带电带电R+XO细圆环的电场细圆环的电场第29页,讲稿共97张,创作于星期二R+XO细圆环的电场细圆环的电场第30页,讲稿共97张,创作于星期二R+XO第31页,讲稿共97张,创作于星期二R+XO第32页,讲稿共97张,创作于星期二讨论:讨论:1)R2)R+XO第33页,讲稿共97张,创作于星期二3)分子分母同乘分子分母同乘:相当一点电荷。相当一点电荷。R+XO第34页,讲稿共97张,创作于星期二例例6 6 设真空中有一无限长均匀带电平板,电荷面密度设真空中有一无限长均匀带电平板,电荷面密度(00),求求p p点的场强。(点的场强。(p p点到平板距离为点到平板距离为a a)+解:将平
10、面分解成许多平行于解:将平面分解成许多平行于z z轴的无限长轴的无限长均匀带电狭条。均匀带电狭条。在在y y处取一窄条宽为处取一窄条宽为dydy,在,在p p点产生的场强,点产生的场强,第35页,讲稿共97张,创作于星期二任意小窄条在任意小窄条在p p点产生的电场方向不同,利用分量式求解:点产生的电场方向不同,利用分量式求解:d dE E关于关于x x轴对称,轴对称,EyEy0 0第36页,讲稿共97张,创作于星期二方向沿方向沿x x轴,垂直于平板向外。轴,垂直于平板向外。第37页,讲稿共97张,创作于星期二可见可见:(:(1 1)无限大均匀带电平板产生的电场是均匀电场。)无限大均匀带电平板产
11、生的电场是均匀电场。+-+-+-第38页,讲稿共97张,创作于星期二例例5 5 半径为半径为R R的圆柱,均匀带电的圆柱,均匀带电Q Q,求圆环轴线上任一点的,求圆环轴线上任一点的场强。场强。第39页,讲稿共97张,创作于星期二8-2 8-2 静电场的高斯定理静电场的高斯定理一、电场线一、电场线 在电场中画一组曲线,曲线上每一点的切线方向在电场中画一组曲线,曲线上每一点的切线方向与该点的电场方向一致,这一组曲线称为电场线。与该点的电场方向一致,这一组曲线称为电场线。(1 1)电场线描述电场)电场线描述电场 方向:方向:电场线各点的切线方向电场线各点的切线方向电场线的疏密反映电场的强弱。电场线的
12、疏密反映电场的强弱。大小:大小:第40页,讲稿共97张,创作于星期二电场线密度:电场线密度:(定量描述电力线疏密与电场的强弱的关系)(定量描述电力线疏密与电场的强弱的关系)通过无限小面元通过无限小面元dS 的电力线数目的电力线数目de与与dS 的比的比值称为电场线密度。我们规定电场中某点的场强的大值称为电场线密度。我们规定电场中某点的场强的大小等于该点的电力线密度。小等于该点的电力线密度。电场线的性质:电场线的性质:起于正电荷、止于负电荷;有头有尾,不中断、起于正电荷、止于负电荷;有头有尾,不中断、不相交、不闭合(静电场)。不相交、不闭合(静电场)。第41页,讲稿共97张,创作于星期二正电荷正
13、电荷负电荷负电荷+点电荷的电力线点电荷的电力线第42页,讲稿共97张,创作于星期二+一对带等量异种电荷的电场线一对带等量异种电荷的电场线第43页,讲稿共97张,创作于星期二+一对等量正点电荷的电力线一对等量正点电荷的电力线第44页,讲稿共97张,创作于星期二2qq+一对异种不等量电荷的电力线一对异种不等量电荷的电力线第45页,讲稿共97张,创作于星期二+带电平行板电容器中电场的电场线带电平行板电容器中电场的电场线第46页,讲稿共97张,创作于星期二第47页,讲稿共97张,创作于星期二二、电通量二、电通量通过电场中任一面的电场线数称为通过该面的电通量。通过电场中任一面的电场线数称为通过该面的电通
14、量。用用 e e 表示。表示。均匀电场均匀电场S 与电场强度方向垂直与电场强度方向垂直均匀电场,均匀电场,S 法线方向与电场强度方向成法线方向与电场强度方向成 角角第48页,讲稿共97张,创作于星期二电场不均匀,电场不均匀,S 为任意曲面为任意曲面对于非闭合曲面,对于非闭合曲面,n n方向可任意方向可任意选取选取第49页,讲稿共97张,创作于星期二S 为任意闭合曲面为任意闭合曲面规定:规定:dS 正方向为曲面上由正方向为曲面上由内向外的法线方向。内向外的法线方向。则:电场线穿入则:电场线穿入电场线穿出电场线穿出第50页,讲稿共97张,创作于星期二 例例 求均匀电场中一半球面的电通量。求均匀电场
15、中一半球面的电通量。第51页,讲稿共97张,创作于星期二三、高斯定理三、高斯定理 在真空中的任意静电场中,通过任一闭合曲面在真空中的任意静电场中,通过任一闭合曲面S的电通量的电通量 e e,等于该闭合曲面所包围的电荷电量的等于该闭合曲面所包围的电荷电量的代数和除以代数和除以 0 而与闭合曲面外的电荷无关。而与闭合曲面外的电荷无关。*关于高斯定理的讨论:关于高斯定理的讨论:上式为静电场中的高斯定理。(闭合曲面称为高斯面)上式为静电场中的高斯定理。(闭合曲面称为高斯面)若为若为 负值,则负值,则 的方向与的方向与 方向相反方向相反,上式积分上式积分dSEq值为负值。值为负值。第52页,讲稿共97张
16、,创作于星期二 中中 为闭合曲面内的电荷电量代数和,为闭合曲面内的电荷电量代数和,曲面外不计。曲面外不计。曲面的电通量只与面内电荷有关,但面上一点的曲面的电通量只与面内电荷有关,但面上一点的场强是由曲面内、外电荷共同激发的。场强是由曲面内、外电荷共同激发的。高斯定理是反映静电场普遍性质的基本定理之一,高斯定理是反映静电场普遍性质的基本定理之一,也是普遍的电磁场理论的基本方程之一。也是普遍的电磁场理论的基本方程之一。高斯定理揭示了电场和激发电场的场源(电荷)之高斯定理揭示了电场和激发电场的场源(电荷)之间的内在联系,说明静电场是有源场。间的内在联系,说明静电场是有源场。第53页,讲稿共97张,创
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