电磁学-静电场

电磁学--静电场第1页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场2电场的基本性质1）对放在电场内的任何电荷都有作用力导体：静电感应现象电介质：极化现象2）电场力对移动电荷作功

静电场：相对于观察者静止的电荷在周围空间激发的电场。静电场简介第2页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场3本章教学基本要求一掌握描述静电场的两个基本物理量--、；理解是矢量点函数，是标量点函数。

二理解静电场的两条基本定理——高斯定理和环路定理，明确认识静电场是有源场和保守场。

三掌握用点电荷的和叠加原理及高斯定理求解带电系统的方法。

四掌握用叠加原理及定义式求解带电系统的方法。五掌握静电平衡条件，掌握导体处于静电平衡时的电荷、电势、电场分布。六能计算常见电容器的电容；理解电场能量密度的概念，掌握电场能量的计算。第3页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场4重点、的物理意义及计算；高斯定理和环路定理；导体处于静电平衡时的电荷、电势、电场分布；典型电容器电容的计算。难点、计算方法的选择及应用；高斯定理的理解及应用；导体处于静电平衡时电荷分布的分析。本章教学重难点第4页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场51电场强度

试验电荷：点电荷(尺寸小)；q0足够小：场源电荷：试验电荷

单位:和试验电荷无关（P1885-4）

电荷q受电场力:

定义:单位正试验电荷所受的电场力。第5页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场6带电系统电场强度的两种求解方法 1）叠加（积分）法2）高斯定理（对称场）1电场强度第6页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场7（P1885-7）1、点电荷的电场2电场强度的叠加原理2、点电荷系的电场第7页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场8（一般:）{实际运算建立坐标3、电荷连续分布的电场2电场强度的叠加原理P1915-9第8页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场91、规定dS方向：每点切线方向；

大小：通过垂直单位面积电场线数。3电场线（电场的图示法）2、特点始于正电荷,止于负电荷(来自无穷远,去向无穷远)--不形成闭合曲线任意两电场线不相交。（P1885-10）第9页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场10通过电场中某个曲面的电场线数。1、定义2、表述4电场强度通量匀强电场，平面

非匀强电场，曲面S（P1925-14）第10页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场115静电场的高斯定理（闭合曲面--高斯面--面内电荷）

思考：1）高斯面上的与哪些电荷有关？2）哪些电荷对闭合曲面的有贡献？q1q4q3q2q5q6P1885-11至5-14，

P1905-2第11页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场12高斯定理总结q1q4q3q2q5q61）高斯面上场强由内、外电荷决定，电场强度通量由面内电荷决定。2）通量为零不等于高斯面内无电荷，也不说明高斯面上场强处处为零。

3）电场的有源性。5静电场的高斯定理第12页，课件共37页，创作于2023年2月在点电荷和的静电场中，做如下的三个闭合面求：通过各闭合面的电通量。讨论将从移到，点电场强度是否变化？穿过高斯面的有否变化？*第13页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场14高斯定理应用举例条件：电荷分布具有较高的空间对称性1)球对称（球体，球面）；2)轴对称（无限长柱体，柱面）；3)面对称（无限大平板，平面）。常见的具有对称性的电荷5静电场的高斯定理第14页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场15

1)对称性分析；

2)选择合适高斯面；

3)应用高斯定理计算。用高斯定理求的步骤高斯面选取的注意事项

1)通过待求的场点；

2)：，，；

3)部分的E，应为一常量；

4)简单几何面。5静电场的高斯定理第15页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场16Q例

设有一半径为R

,均匀带电Q的球面。求球面内外任意点的电场强度。对称性分析：球对称解高斯面：闭合球面R5静电场的高斯定理（任意半径r的同心球面）第16页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场17Q

(1)R5静电场的高斯定理

(2)第17页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场18球对称电场：均匀带电球面、球壳、球体。5静电场的高斯定理P1925-20第18页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场19轴对称电场：

均匀带电长直线（圆柱）、柱面、柱壳。5静电场的高斯定理P1925-21无限长均匀带电直线：第19页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场20面对称：无限大带电平面的电场叠加问题等量同号与异号、不等量同号与异号5静电场的高斯定理P189-1905-1一个无限大均匀带电平面：第20页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场21静电场是保守场结论：沿闭合路径一周，电场力作功为零。6静电场的环路定理第21页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场22令7电势（与零点选取有关）第22页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场23

电势零点的选取物理意义：单位正试验电荷从点A移到无限远处静电场力作的功。

：无穷远(有限带电体)电势差(将单位正电荷从A移到B时电场力作的功)7电势静电场力的功（P1935-22）第23页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场24计算电势方法

（有限大带电体且选无限远处为电势零点）

（已知积分路径上的函数表达式）8电势的计算P1935-27第24页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场25

9电场强度与电势的关系P1895-25，5-26，5-27；P1905-3

（2）的方向：恒指向电势降落方向。（1）的大小：取决该点领域内的空间变化率。1）电场线与等势面正交。（等势面上电场力不做功）2）等势面：密处大；疏处小。第25页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场26++++++导体是等势体（1）内部任一点处电场强度为零；（2）表面处电场强度方向,与导体表面垂直。导体表面是等势面导体内部电势相等10导体的静电平衡条件第26页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场271

电势分布

表面：等势面内部电势：相等导体是等势体11导体处于静电平衡时的性质++++++2

场强分布导体内部：导体外紧靠导体表面的点P2266-3第27页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场28++++++++++结论:导体内部无净电荷，电荷只分布在导体表面。（1）实心导体3电荷分布11导体处于静电平衡时的性质（2）空腔导体空腔内无电荷时结论:电荷分布在外表面，内表面无电荷。++++++++++第28页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场29空腔内有电荷时（2）空腔导体3电荷分布11导体处于静电平衡时的性质结论:空腔内有电荷+q时，空腔内表面有感应电荷－q，外表面有感应电荷+q（电荷守恒）。P2296-8P227-2286-1，6-3，P2306-13第29页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场30导体接地问题（1）导体接地：与地球等电势，与外界条件变化无关。（2）带电导体接地，接地线提供与地球交换电量的通道，电荷流动方向，取决于导体接地前的电势是高于大地，还是低于大地。注意11导体处于静电平衡时的性质P228习题6-2P226问题6-2第30页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场31+++++++-------电容率+++++++-------12电介质对电场的影响介质中的高斯定理：（均匀各向同性）电位移矢量：P2286-5P2286-4第31页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场32

电容大小：与导体形状、相对位置、其间电介质有关，与所带电荷量无关。13电容器的电容及计算1电容器电容P2276-7第32页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场332电容器电容的计算（1）设两极板分别带

Q

（3）求两极板间的电势差U步骤（4）由C=Q/U求C（2）求两极板间的电场强度13电容器的电容及计算例：平板电容器第33页，课件共37页，创作于2023年2月第一章静电场34混联：根据连接计算，满足容量和耐压的特殊要求。电容器的并联增大电容电容器的串联提高耐压13电容器的电容及计算第34页