大学物理电磁学静电场四.pptx

同学们好同学们好！习习题题讨讨论论课课习题课：习题课：的计算的计算(1)由定义求由定义求(3)由高斯定理求由高斯定理求(2)由点电荷由点电荷(或典型电荷分布或典型电荷分布)公式和叠加原理求公式和叠加原理求(4)由由 与与 的关系求的关系求一一.的计算的计算典型静电场：典型静电场：点电荷：点电荷：均匀带电圆环轴线上：均匀带电圆环轴线上：无限长均匀带电直线：无限长均匀带电直线：均匀带电球面：均匀带电球面：无限大均匀带电平面：无限大均匀带电平面：思路：叠加法思路：叠加法练习练习1 求半径求半径 R 的带电半圆环环心处的电场强度的带电半圆环环心处的电场强度 1.均匀带电，线密度为均匀带电，线密度为 2.上半部带正电，下半部带负电，线密度为上半部带正电，下半部带负电，线密度为 3.非均匀带电，线密度为非均匀带电，线密度为解：解：1)用分量叠加，由对称性：用分量叠加，由对称性：解：解：2)对称性分析与对称性分析与 1)有何不同有何不同？解：解：3)有无对称性？有无对称性？练习练习2 求均匀带电半球面求均匀带电半球面(已知已知R,)球心处电场。球心处电场。思考思考:(1)用哪种方法求解用哪种方法求解?(2)叠加法：叠加法：对否对否？将半球面视为由许多圆环拼成。将半球面视为由许多圆环拼成。(3)的大小，方向的大小，方向？沿沿 方向方向。(4)能不能由能不能由 直接积分？直接积分？积分限如何确定？积分限如何确定？因为各圆环在因为各圆环在o 点处点处 同向同向,可直接积分可直接积分。沿沿 方向方向。思考：思考：1选用哪种方法求解更方便选用哪种方法求解更方便？2选高斯面选高斯面？练习练习3 求半径求半径R，电荷体密度，电荷体密度 （为常数为常数，）带电球体内外的场强）带电球体内外的场强。未破坏电场分布的球对称性。未破坏电场分布的球对称性。用高斯定理求解方便用高斯定理求解方便.选高斯面选高斯面同心球面同心球面 S(半径半径 r)电场强度的大小，方向电场强度的大小，方向？由高斯定理：由高斯定理：5对结果的定性理解：对结果的定性理解：总效果总效果 大小为恒量大小为恒量得：得：沿径向沿径向沿径向沿径向例例4.在半径在半径R1，体电荷密度，体电荷密度 的均匀带电球体内挖去的均匀带电球体内挖去一个半径一个半径R2的球形空腔。空腔中心的球形空腔。空腔中心o2与带电球体中心与带电球体中心o1 相距为相距为a(R2+a)R1,求空腔内任一点电场求空腔内任一点电场。思考：思考：(1)选用何种方法求解？选用何种方法求解？挖去空腔挖去空腔 失去球对称性失去球对称性,能否恢复对称性？能否恢复对称性？补偿法补偿法！所求场强所求场强 而而 、均可由高斯定理求出。均可由高斯定理求出。半径半径 R 1均匀带电实心球体在均匀带电实心球体在P点的场强：点的场强：半径半径 R 2均匀带电实心球体在均匀带电实心球体在P点的场强：点的场强：(2)作高斯面作高斯面 求求 .腔内为平行于腔内为平行于 的均匀电场！的均匀电场！(3)思考：思考：请总结获得均匀电场的方法请总结获得均匀电场的方法1.场强积分法场强积分法：注意：注意：(1)积分与路径无关，可依题意选最简便的积分路径积分与路径无关，可依题意选最简便的积分路径.(2)为路径上各点总场，若各区域为路径上各点总场，若各区域 表达式不同，表达式不同，应分段积分应分段积分.(3)积分值与零势点选取有关积分值与零势点选取有关.选取原则：选取原则：电荷有限分布选电荷有限分布选 电荷无限分布选电荷无限分布选 二二.U 的计算的计算场强积分法场强积分法叠加法叠加法2.叠加法叠加法思路：思路：注意：注意：应用典型带电体的电势公式应用典型带电体的电势公式 选取相同的零势点选取相同的零势点.典型带电体的电势：典型带电体的电势：点电荷：点电荷：均匀带电圆环均匀带电圆环轴线上：轴线上：均匀带电球面：均匀带电球面：例例5.求无限长均匀带电圆柱体求无限长均匀带电圆柱体 电势分布。电势分布。解：解：场强积分法场强积分法 .先由高斯定理求电场分布先由高斯定理求电场分布.径向径向径向径向选高选高 h 半径半径 r 的同轴圆柱面的同轴圆柱面为高斯面为高斯面.令令r=0 处处U=0,沿径向积分沿径向积分例例6.电量电量 q均匀分布在长为均匀分布在长为2L的细棒上的细棒上。求：。求：(1)细棒中垂面上距细棒中心细棒中垂面上距细棒中心 a处处P点的电势点的电势。(2)细棒延长线上距细棒中心细棒延长线上距细棒中心 b处处 P 点的电势。点的电势。解：解：叠加法叠加法将带电细棒视为点电荷集合将带电细棒视为点电荷集合(1)(2)求求细棒延长线上距细棒中心细棒延长线上距细棒中心 b处处 P 点的电势点的电势例例7.证明电力线如图分布的电场不可能是静电场。证明电力线如图分布的电场不可能是静电场。静电场特性：静电场特性：有源有源保守保守高斯定理高斯定理环路定理环路定理作如图环路作如图环路:abcd（电力线密度不同）（电力线密度不同）违反静电场环路定理违反静电场环路定理,如图所示电场不是静电场。如图所示电场不是静电场。