物理学教程下册马文蔚省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第九章第九章 静电场静电场 第第1页页第九章第九章 静电场静电场教学基本要求：教学基本要求：1.了解电荷、电量、电荷守恒定律及其量子化概念。了解电荷、电量、电荷守恒定律及其量子化概念。2.掌握库仑定律掌握库仑定律。3.了解静电场及其基本性质。了解静电场及其基本性质。4.掌握掌握描述静电场两个基本概念：描述静电场两个基本概念：电场强度及电势电场强度及电势，并能了解场，并能了解场强和电势之间关系。强和电势之间关系。5.掌握点电荷电场和电场叠加原理掌握点电荷电场和电场叠加原理，并能用其计算任意带电体电，并能用其计算任意带电体电场强度和电势。场强度和电势。6.了解电场线和电场强度通量概念，并能求简单情况下电场强度了解电场线和电场强度通量概念，并能求简单情况下电场强度通量。通量。7.掌握掌握反应电场性质基本定理：反应电场性质基本定理：高斯定理、静电场环路定理高斯定理、静电场环路定理，并能，并能应用高斯定理求电荷简单对称分布情况下电场强度。应用高斯定理求电荷简单对称分布情况下电场强度。第第2页页第九章第九章 静电场静电场一一 电荷电荷基本性质基本性质二二 电荷守恒定律电荷守恒定律在孤立系统中在孤立系统中,电量代数和保持不变电量代数和保持不变.5.电荷相对论不变性电荷相对论不变性:在相对运动两惯性系中同一电荷电量相等在相对运动两惯性系中同一电荷电量相等 9-1 9-1 电荷量子化电荷量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律电磁学研究电磁规律学科电磁学研究电磁规律学科 电磁现象：摩擦生电、大自然雷电、天然磁石指向电磁现象：摩擦生电、大自然雷电、天然磁石指向电磁现象系统研究（十六世纪）电磁现象系统研究（十六世纪）1865年英国物理学家麦克斯韦建立了宏观电磁场理论年英国物理学家麦克斯韦建立了宏观电磁场理论 1.物质结构：物质物质结构：物质-分子分子-原子原子-原子核、电子原子核、电子-夸克、轻子夸克、轻子-亚夸克亚夸克2.物体带电物体带电.4.电荷量子化：电荷量子化：3.电荷分正负，同性相斥，异性相吸电荷分正负，同性相斥，异性相吸.元电荷元电荷第第3页页第九章第九章 静电场静电场一一 点电荷模型点电荷模型9-2 库仑定律库仑定律真空中，两个点电荷之间相互作用规律真空中，两个点电荷之间相互作用规律二二 库仑定律库仑定律在真空中，两个静止点电荷之间相互作用力，其大小与它在真空中，两个静止点电荷之间相互作用力，其大小与它们电荷乘积成正比，与它们之间距离二次方成反比；作用力方们电荷乘积成正比，与它们之间距离二次方成反比；作用力方向沿着两点电荷连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。向沿着两点电荷连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。第第4页页第九章第九章 静电场静电场矢量式矢量式同号同号异号异号或或第第5页页第九章第九章 静电场静电场（为真空电容率）为真空电容率）.库仑力恪守牛顿第三定律，牛顿第二定律（低速）库仑力恪守牛顿第三定律，牛顿第二定律（低速）注意：注意：1.，库仑定律仅适合用于点电荷。，库仑定律仅适合用于点电荷。.电场力是有心力，可引入电势和电势能概念。电场力是有心力，可引入电势和电势能概念。第第6页页第九章第九章 静电场静电场解：解：例例 在氢原子内在氢原子内,电子和质子间距为电子和质子间距为 求它们之间电相互作用和万有引力求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们大小并比较它们大小.（微观领域中（微观领域中,万有引力比库仑力小得多万有引力比库仑力小得多,可忽略不计可忽略不计.）第第7页页第九章第九章 静电场静电场一一 静电场静电场电电 荷荷1电电 场场电电 荷荷2实物实物物物 质质 场场1.带电体之间相互作用是经过场来实现带电体之间相互作用是经过场来实现.9-3 9-3 电场强度电场强度2.场是一个物质形态，它能够脱离源而单独存在场是一个物质形态，它能够脱离源而单独存在不一样：（不一样：（1）实物物质含有确定存在空间，场是弥散；）实物物质含有确定存在空间，场是弥散；（2）实物物质有不可入性，但运动形态有可叠加性；场本身）实物物质有不可入性，但运动形态有可叠加性；场本身和运动形态都有可叠加性。和运动形态都有可叠加性。相同：都含有能量、动量和质量。相同：都含有能量、动量和质量。第第8页页第九章第九章 静电场静电场3静电场相对观察者静止电荷在其周围空间激发电场，称静电场相对观察者静止电荷在其周围空间激发电场，称为静电场。为静电场。静电场对外表现：静电场对外表现：(1)对引入电场中带电体有力作用。对引入电场中带电体有力作用。(2)带电体在电场中移动时，电场力要对带电体做功（能量）带电体在电场中移动时，电场力要对带电体做功（能量）(3)电场使导体产生静电感应；使电介质产生极化现象。电场使导体产生静电感应；使电介质产生极化现象。二二 电场强度电场强度：场源电荷：场源电荷：试验电荷：试验电荷电场强度定义：电场强度定义：1.1.试验电荷试验电荷:电量（）、大小足够小，故对原电场几乎无影响电量（）、大小足够小，故对原电场几乎无影响2.电场强度引入：电场强度引入：第第9页页第九章第九章 静电场静电场单位：单位：电场中某点处电场强度电场中某点处电场强度 等于位于该点处单位试验电等于位于该点处单位试验电荷所受力荷所受力.（与（与 无关）无关）引入电场强度引入电场强度反应电场本身性质反应电场本身性质(定义式定义式)第第10页页第九章第九章 静电场静电场三三 点电荷电场强度点电荷电场强度真空中，点电荷激发电场含有球对称性真空中，点电荷激发电场含有球对称性(非均匀场非均匀场)(矢量点函数矢量点函数)第第11页页第九章第九章 静电场静电场解解 例例 把一个点电荷（把一个点电荷（）放在电）放在电场中某点处，该电荷受到电场力为场中某点处，该电荷受到电场力为，求该电荷所在处电场强度，求该电荷所在处电场强度.大小大小方向方向第第12页页第九章第九章 静电场静电场四四 电场强度叠加原理电场强度叠加原理由力叠加原理得由力叠加原理得 所受协力所受协力 点电荷点电荷 对对 作用力作用力 故故 处总电场强度处总电场强度 电场强度叠加原理电场强度叠加原理第第13页页第九章第九章 静电场静电场 例例 在直角三角形在直角三角形ABCA点上有电荷点上有电荷 B点上有电荷点上有电荷 ，求，求C点电场强度点电场强度.解解:建立坐标系如图建立坐标系如图,0.03m0.04m方向方向:第第14页页第九章第九章 静电场静电场 电荷连续分布情况电荷连续分布情况电荷电荷体体密度密度点点 处电场强度处电场强度微元法微元法第第15页页第九章第九章 静电场静电场电荷电荷面面密度密度电荷电荷线线密度密度第第16页页第九章第九章 静电场静电场1静止孤立点静止孤立点电电荷荷场场强强 2.点点电电荷系荷系电场电场强强度度3.连续带电连续带电体体电场电场强强度度(微元法微元法)矢量矢量积积分普通方法分普通方法1.电场强度计算电场强度计算方法：库仑定律方法：库仑定律+电场强度叠加原理电场强度叠加原理面分布：面分布：线线分布：分布：体分布：体分布：对称性分析对称性分析建立坐标系建立坐标系,矢量分解矢量分解矢量积分矢量积分标量积分标量积分注意注意:2.求和或积分求出求和或积分求出第第17页页第九章第九章 静电场静电场解解:例例1 1 正电荷正电荷 均匀分布在半径为均匀分布在半径为 圆环上圆环上.计计算在环轴线上任一点算在环轴线上任一点 电场强度电场强度.建立坐标系如图建立坐标系如图第第18页页第九章第九章 静电场静电场由对称性有由对称性有第第19页页第九章第九章 静电场静电场讨讨 论论（1 1）（点电荷电场强度）（点电荷电场强度）（2 2）（3 3）方向方向沿沿x x轴正向轴正向第第20页页第九章第九章 静电场静电场例例2 2 均匀带电薄圆盘轴线上电场强度均匀带电薄圆盘轴线上电场强度.有二分之一径为有二分之一径为 ,电荷均匀分布薄圆盘电荷均匀分布薄圆盘,其电荷其电荷面密度为面密度为 .求经过盘心且垂直盘面轴线上任意一点求经过盘心且垂直盘面轴线上任意一点处电场强度处电场强度.解解:建立坐标系如图建立坐标系如图由例由例1第第21页页第九章第九章 静电场静电场（点电荷电场强度）（点电荷电场强度）讨讨 论论无限大均匀带电无限大均匀带电平面电场强度平面电场强度均匀场均匀场方向方向沿沿x x轴正向轴正向第第22页页第九章第九章 静电场静电场rPQ 例例3 3 若电荷若电荷 均匀分布在长为均匀分布在长为 细棒上细棒上,求求:(1)(1)在棒延长线上在棒延长线上,且离棒中心为且离棒中心为 处电场强度处电场强度.(2)(2)在棒垂直平分线上在棒垂直平分线上,且离棒中心为且离棒中心为 处电场强度处电场强度.r解解:(1)建立坐标系建立坐标系,如图如图x注意：注意：各电荷元在各电荷元在P点场强方向均相同。点场强方向均相同。dxx方向方向沿沿x x轴负向轴负向第第23页页第九章第九章 静电场静电场(2)建立坐标系建立坐标系,如图如图QPrdxx因带电细棒相对于因带电细棒相对于y轴对称轴对称所以所以第第24页页第九章第九章 静电场静电场 例例4 4 有一均匀带电有一均匀带电 四分之一圆环四分之一圆环,圆环半径为圆环半径为 ,求圆心求圆心O O点场强点场强.解解:建立坐标系建立坐标系,如图如图因带电体相对于因带电体相对于y轴对称轴对称所以所以方向方向:y轴负向轴负向第第25页页