大學(xué)物理第六章省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎?wù)n件市賽課一等獎?wù)n件

簡單回顧：描述靜電場兩條定理：高斯定理：環(huán)路定理：電場是有源場所以靜電場是無旋場第1頁3、無限長均勻帶電直線4、無限長均勻帶電圓柱面1、均勻帶電圓環(huán)軸線上一點2、均勻帶電圓盤軸線上一點一些規(guī)則物體電場分布第2頁5、均勻帶電球面7、無限大均勻帶電平面6、均勻帶電球體第3頁參考點a重力勢能6.3.3電勢能電勢

第4頁++參考點q0q01.電勢能

在電場中某點含有電勢能等于將此電荷從該點移至參考點電場力所作功。q第5頁注意：當(dāng)電荷分布在有限區(qū)域內(nèi)時，理論研究常選取遠(yuǎn)為參考點。此時電勢能為：可見：電勢能在數(shù)值上等于把電荷從該點經(jīng)任意路徑移到無窮遠(yuǎn)處電場力所做功．1）電場中試驗電荷含有電勢能應(yīng)是場源電荷與試驗電荷系統(tǒng)所共有。幾點說明：2）勢能是相對參考點而言，參考點選擇不一樣，勢能值也不一樣。3）與引力勢能不一樣處于于電荷有正負(fù)之分。第6頁2.電勢電場中某點電勢在量值上等于單位正電荷放在該點時電勢能。電勢單位是伏特，符號為．電勢能不但同電場本身性質(zhì)相關(guān)，還同放入其中試驗電荷電量相關(guān)。然而電勢則完全描述電場性質(zhì)：可見：電勢與試驗電荷無關(guān)，反應(yīng)了電場在空間不一樣點性質(zhì)。第7頁選p0點為電勢零點：，則p點電勢大?。喊褑挝徽姾勺訮點沿任意路徑移到電勢零點時，電場力作功。電勢零點選擇：電荷分布在有限范圍—選無窮遠(yuǎn)為電勢零點（理論研究通常選擇）電荷分布到無限遠(yuǎn)時，電勢零點不能選在無限遠(yuǎn)。

實際應(yīng)用中或研究電路問題時取地球、儀器外殼等為零點第8頁靜電場中任意兩點和之間電勢差在量值上等于把單位正電荷從點經(jīng)任意路徑移到點時，電場力所做功

．3.電勢差電場力所做功可用電勢差表示為第9頁+q以無限遠(yuǎn)為電勢零點，選擇沿矢徑r路徑方向。rarUrU例1求單個點電荷產(chǎn)生電場中各點電勢．

第10頁6.3.4電勢疊加原理

電勢疊加原理：點電荷系產(chǎn)生電場中任意一點電勢，等于每個點電荷單獨存在時在該點電勢代數(shù)和．考慮一個體系有個點電荷產(chǎn)生電場為第i個電荷到P點得距離第11頁priqiqj連續(xù)分布電荷體系點電荷體系注：有限大帶電體選無限遠(yuǎn)處為電勢零點.注：各電荷電勢零點必須相同。第12頁1.若已知電場E，則能夠利用電勢定義：求電勢方法2.由點電荷電勢公式，利用電勢疊加原理計算點電荷體系連續(xù)分布電荷體系選取微元：（注意選取適當(dāng)路徑）第13頁y+--qqr+r-例1求電偶極子電場中在其中垂線上一點A電勢o討論：也能夠經(jīng)過y軸上任一點A場強(qiáng)方向，得出上面結(jié)論。第14頁++++++++++++++例2

半徑為R，帶電量為q均勻細(xì)圓環(huán).求圓環(huán)軸線上距環(huán)心為x處點P電勢.第15頁點電荷電勢第16頁（點電荷電勢）例3：均勻帶電薄圓盤軸線上電勢，已知q,R第17頁例4求均勻帶電球面內(nèi)外電勢分布，設(shè)球面電量為，半徑為．

解：（1）球面內(nèi)任一點電勢（）電場分布第18頁（）（2）球面外任一點電勢所以有：有興趣同學(xué)也能夠嘗試用電勢疊加法進(jìn)行驗證第19頁6.3.5等勢面定義：由電勢相等點組成面叫等勢面，滿足方程1電場線與等勢面處處正交2電場線指向電勢降低方向3任意兩個等勢面都不會相交兩等勢面相距較近處場強(qiáng)大，相距較遠(yuǎn)處場強(qiáng)較小，等勢面疏密能夠反應(yīng)場強(qiáng)大小！等勢面特征：要求:電場中任意兩相臨等勢面間電勢差相等第20頁

幾個常見等勢面+電偶極子等勢面點電荷等勢面第21頁兩相等點電荷等勢面等勢面電場線第22頁6.4

靜電場中導(dǎo)體和電介質(zhì)

第23頁無外場時，整個金屬電量代數(shù)和為零，呈電中性，這時電子只是作無規(guī)則熱運動。1、金屬導(dǎo)體電結(jié)構(gòu)6.4.1導(dǎo)體靜電平衡條件

第24頁++++++++++2、靜電感應(yīng)第25頁加上外電場前第26頁加上外電場后E外第27頁E外++加上外電場后第28頁E外加上外電場后+++++第29頁E外加上外電場后++++++第30頁E外++++++++++到達(dá)靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部和表面都沒有電荷定向移動導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零E外+

E感

=0感性電荷感性電荷第31頁當(dāng)把導(dǎo)體引入場強(qiáng)為E0外場后，導(dǎo)體中自由電子就在外電場作用下，沿著與場強(qiáng)方向相反方向運動，從而引發(fā)導(dǎo)體內(nèi)部電荷重新分布現(xiàn)象，這就是靜電感應(yīng)。附加電場感應(yīng)電荷第32頁導(dǎo)體靜電平衡條件：(1)導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零；

(2)導(dǎo)體表面上任意點場強(qiáng)方向與它表面垂直．靜電平衡：導(dǎo)體上任何部分都沒有電荷定向運動現(xiàn)象

第33頁證實：等勢體等勢面導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體表面靜電平衡導(dǎo)體是等勢體，導(dǎo)體表面是等勢面。(1)導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零；

(2)導(dǎo)體表面上任意點場強(qiáng)方向與它表面垂直．第34頁導(dǎo)體內(nèi)部各處凈電荷為0，電荷只能分布在導(dǎo)體外表面.

證實1）實心：導(dǎo)體內(nèi)任取高斯面++++++++++結(jié)論：導(dǎo)體內(nèi)部無電荷2）空腔：同理，體內(nèi)任取高斯面結(jié)論：內(nèi)表面無電荷++--++++++++++6.4.2靜電平衡時導(dǎo)體上電荷分布

第35頁2.導(dǎo)體表面電荷面密度與導(dǎo)體表面曲率半徑相關(guān)：曲率半徑大處電荷密度低，曲率半徑小處電荷密度高。即：表面上愈尖銳處電荷密度越大。導(dǎo)體表面凸出而尖銳地方（曲率較?。?，電荷比較密集，即面電荷密度較大；表面較平坦地方（曲率較大）,較小;表面凹進(jìn)去地方（曲率為負(fù)）,更小．第36頁導(dǎo)線即：證實：如用導(dǎo)線連接兩導(dǎo)體球，則靜電平衡時必有：第37頁注意：E是合場強(qiáng)，是全部電荷（包含導(dǎo)體上全部電荷以及導(dǎo)體外現(xiàn)有其它電荷）產(chǎn)生。3.靜電平衡導(dǎo)體表面某處電場強(qiáng)度大小E與該處電荷密度成正比證實:取圓柱高斯面，下底面在導(dǎo)體內(nèi)部，上地面在導(dǎo)體外部。第38頁在導(dǎo)體尖端附近電場尤其強(qiáng)．當(dāng)電場強(qiáng)度到達(dá)一定程度時，空氣中殘留離子在強(qiáng)電場作用下發(fā)生激烈運動，在激烈運動過程中它們和空氣分子相碰，會使空氣分子電離，從而產(chǎn)生大量新離子，使得空氣變得易于導(dǎo)電，產(chǎn)生尖端放電現(xiàn)象．6.4.3尖端放電靜電屏蔽

1．尖端放電第39頁避雷針在高大建筑物頂端安裝一個金屬棒，用金屬線與埋在地下一塊金屬板連接起來，利用金屬棒尖端放電，使空氣電離，形成放電通道，將云層所帶電和地上電逐步中和，從而保護(hù)建筑物等防止雷擊。實際應(yīng)用：尖端放電現(xiàn)象利用第40頁在靜電平衡狀態(tài)下，腔內(nèi)無其它帶電體導(dǎo)體殼，不論導(dǎo)體殼本身帶電或是導(dǎo)體處于外界電場中，內(nèi)部沒有電場．導(dǎo)體殼表面就“保護(hù)”了它所包圍區(qū)域，使之不受導(dǎo)體殼外表面上電荷或外界電場影響，這個現(xiàn)象稱為靜電屏蔽．2．靜電屏蔽第41頁外電場空腔導(dǎo)體屏蔽外電場屏蔽外電場空腔導(dǎo)體能夠屏蔽外電場,使空腔內(nèi)物體不受外電場影響第42頁

屏蔽內(nèi)電場++++++++接地空腔導(dǎo)體屏蔽內(nèi)電場第43頁可用導(dǎo)