電磁學(xué)-靜電場精品課件

1、電磁學(xué)-靜電場第1頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場2電場的基本性質(zhì)1）對放在電場內(nèi)的任何電荷都有作用力 導(dǎo)體：靜電感應(yīng)現(xiàn)象 電介質(zhì)：極化現(xiàn)象2）電場力對移動(dòng)電荷作功 靜電場：相對于觀察者靜止的電荷在周圍空間激發(fā)的電場。靜電場簡介第2頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場3本章教學(xué)基本要求 一 掌握描述靜電場的兩個(gè)基本物理量- 、 ；理解 是矢量點(diǎn)函數(shù)， 是標(biāo)量點(diǎn)函數(shù)。 二 理解靜電場的兩條基本定理高斯定理和環(huán)路定理，明確認(rèn)識(shí)靜電場是有源場和保守場。 三 掌握用點(diǎn)電荷的 和疊加原理及高斯定理求解帶電系統(tǒng) 的方法。 四 掌握用疊加原

2、理及定義式求解帶電系統(tǒng) 的方法。五 掌握靜電平衡條件，掌握導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)的電荷、電勢、電場分布。六 能計(jì)算常見電容器的電容；理解電場能量密度的概念，掌握電場能量的計(jì)算。第3頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場4重點(diǎn) 、 的物理意義及計(jì)算；高斯定理和環(huán)路定理；導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)的電荷、電勢、電場分布；典型電容器電容的計(jì)算。 難點(diǎn) 、 計(jì)算方法的選擇及應(yīng)用；高斯定理的理解及應(yīng)用；導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)電荷分布的分析。 本章教學(xué)重難點(diǎn)第4頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場51 電場強(qiáng)度試驗(yàn)電荷：點(diǎn)電荷(尺寸小)； q0足夠?。簣鲈措姾?/p>

3、：試驗(yàn)電荷 單位: 和試驗(yàn)電荷無關(guān)（P188 5-4） 電荷q 受電場力: 定義: 單位正試驗(yàn)電荷所受的電場力。第5頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場6帶電系統(tǒng)電場強(qiáng)度的兩種求解方法1） 疊加（積分）法2） 高斯定理（對稱場）1 電場強(qiáng)度第6頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場7（P188 5-7）1、點(diǎn)電荷的電場2 電場強(qiáng)度的疊加原理2、點(diǎn)電荷系的電場第7頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場8（一般:）實(shí)際運(yùn)算建立坐標(biāo)3、電荷連續(xù)分布的電場2 電場強(qiáng)度的疊加原理P191 5-9第8頁，共37頁，

4、2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場91、規(guī)定dS 方向：每點(diǎn)切線方向； 大小：通過垂直 單位面積電場線數(shù)。3 電場線（電場的圖示法）2、特點(diǎn)始于正電荷,止于負(fù)電荷(來自無窮遠(yuǎn), 去向無窮遠(yuǎn))-不形成閉合曲線任意兩電場線不相交。（P188 5-10）第9頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場10 通過電場中某個(gè)曲面的電場線數(shù)。1、定義2、表述4 電場強(qiáng)度通量 勻強(qiáng)電場，平面 非勻強(qiáng)電場，曲面S（P192 5-14）第10頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場115 靜電場的高斯定理（閉合曲面-高斯面-面內(nèi)電荷） 思考

5、：1）高斯面上的 與哪些電荷有關(guān)？ 2）哪些電荷對閉合曲面 的 有貢獻(xiàn)？q1q4q3q2q5q6P188 5-11至5-14， P190 5-2第11頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場12高斯定理 總結(jié) q1q4q3q2q5q6 1）高斯面上場強(qiáng)由內(nèi)、外電荷決定，電場強(qiáng)度通量由面內(nèi)電荷決定。 2）通量為零不等于高斯面內(nèi)無電荷，也不說明高斯面上場強(qiáng)處處為零。 3）電場的有源性。5 靜電場的高斯定理第12頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五 在點(diǎn)電荷 和 的靜電場中，做如下的三個(gè)閉合面 求：通過各閉合面的電通量。討論 將 從 移到 ，點(diǎn) 電場強(qiáng)

6、度是否變化？穿過高 斯面 的 有否變化？*第13頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場14高斯定理應(yīng)用舉例 條件：電荷分布具有較高的空間對稱性1) 球?qū)ΨQ（球體，球面）；2) 軸對稱（無限長柱體，柱面）；3) 面對稱（無限大平板，平面）。 常見的具有對稱性的電荷5 靜電場的高斯定理第14頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場15 1) 對稱性分析； 2) 選擇合適高斯面； 3) 應(yīng)用高斯定理計(jì)算。用高斯定理求 的步驟高斯面選取的注意事項(xiàng) 1) 通過待求的場點(diǎn)； 2) ： ， ， ； 3) 部分 的E，應(yīng)為一常量； 4) 簡單幾何面。5

7、 靜電場的高斯定理第15頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場16Q 例 設(shè)有一半徑為R , 均勻帶電Q 的球面。求球面內(nèi)外任意點(diǎn)的電場強(qiáng)度。對稱性分析：球?qū)ΨQ解高斯面：閉合球面R5 靜電場的高斯定理（任意半徑 r 的同心球面）第16頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場17Q (1)R5 靜電場的高斯定理 (2)第17頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場18球?qū)ΨQ電場：均勻帶電球面、球殼、球體。5 靜電場的高斯定理P192 5-20第18頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜

8、電場19軸對稱電場： 均勻帶電長直線（圓柱）、柱面、柱殼。5 靜電場的高斯定理P192 5-21無限長均勻帶電直線：第19頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場20面對稱：無限大帶電平面的電場疊加問題等量同號(hào)與異號(hào)、不等量同號(hào)與異號(hào)5 靜電場的高斯定理P189-190 5-1一個(gè)無限大均勻帶電平面：第20頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場21靜電場是保守場結(jié)論：沿閉合路徑一周，電場力作功為零。6 靜電場的環(huán)路定理第21頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場22令7 電勢（與零點(diǎn)選取有關(guān)）第22頁，共3

9、7頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場23 電勢零點(diǎn)的選取物理意義：單位正試驗(yàn)電荷從點(diǎn)A移到無限遠(yuǎn)處靜電場力作的功。 ：無窮遠(yuǎn)(有限帶電體) 電勢差(將單位正電荷從A移到B時(shí)電場力作的功)7 電勢靜電場力的功（P193 5-22）第23頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場24計(jì)算電勢方法 （有限大帶電體且選無限遠(yuǎn)處為電勢零點(diǎn)） （已知積分路徑上 的函數(shù)表達(dá)式）8 電勢的計(jì)算P193 5-27第24頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場25 9 電場強(qiáng)度與電勢的關(guān)系P189 5-25，5-26，5-27；P190

10、 5-3 （2） 的方向：恒指向電勢降落方向。（1） 的大?。喝Q該點(diǎn)領(lǐng)域內(nèi) 的空間變化率。 1）電場線與等勢面正交。（等勢面上電場力不做功）2）等勢面：密處 大；疏處 小。第25頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場26+ +導(dǎo)體是等勢體（1）內(nèi)部任一點(diǎn)處電場強(qiáng)度為零；（2）表面處電場強(qiáng)度方向, 與導(dǎo)體表面垂直。導(dǎo)體表面是等勢面 導(dǎo)體內(nèi)部電勢相等10 導(dǎo)體的靜電平衡條件第26頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場271 電勢分布 表面：等勢面內(nèi)部電勢：相等導(dǎo)體是等勢體11 導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)的性質(zhì)+ +2 場強(qiáng)分布 導(dǎo)體內(nèi)部： 導(dǎo)體

11、外緊靠導(dǎo)體表面的點(diǎn)P226 6-3第27頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場28+結(jié)論:導(dǎo)體內(nèi)部無凈電荷，電荷只分布在導(dǎo)體表面。（1）實(shí)心導(dǎo)體3 電荷分布11 導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)的性質(zhì)（2）空腔導(dǎo)體 空腔內(nèi)無電荷時(shí)結(jié)論:電荷分布在外表面，內(nèi)表面無電荷。+第28頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場29 空腔內(nèi)有電荷時(shí)（2）空腔導(dǎo)體3 電荷分布11 導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)的性質(zhì) 結(jié)論: 空腔內(nèi)有電荷+q時(shí)，空腔內(nèi)表面有感應(yīng)電荷q，外表面有感應(yīng)電荷+q（電荷守恒）。 P229 6-8P227-228 6-1，6-3，P230 6-13第29

12、頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場30導(dǎo)體接地問題 （1）導(dǎo)體接地：與地球等電勢，與外界條件變化無關(guān)。 （2）帶電導(dǎo)體接地，接地線提供與地球交換電量的通道，電荷流動(dòng)方向，取決于導(dǎo)體接地前的電勢是高于大地，還是低于大地。 注意11 導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)的性質(zhì)P228 習(xí)題6-2P226 問題6-2第30頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場31+ + + + + + + - - - - - - -電容率+ + + + + + + - - - - - - -12 電介質(zhì)對電場的影響 介質(zhì)中的高斯定理：（均勻各向同性） 電位移矢量：P22

13、8 6-5P228 6-4第31頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場32 電容大?。号c導(dǎo)體形狀、相對位置、其間電介質(zhì)有關(guān)，與所帶電荷量無關(guān)。13 電容器的電容及計(jì)算1 電容器電容P227 6-7第32頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場332 電容器電容的計(jì)算（1）設(shè)兩極板分別帶Q （3）求兩極板間的電勢差U步驟（4）由C=Q/U求C（2）求兩極板間的電場強(qiáng)度13 電容器的電容及計(jì)算例：平板電容器第33頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電場34 混聯(lián)：根據(jù)連接計(jì)算，滿足容量和耐壓的特殊要求。 電容器的并聯(lián)增大電容 電容器的串聯(lián)提高耐壓13 電容器的電容及計(jì)算第34頁，共37頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)44分，星期五第一章靜電