物理学01shy静电场市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

6/8/202416/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙第十二章第十二章 静电场静电场12.1 电场强度电场强度自然界存在两种电荷自然界存在两种电荷-正电荷、负电荷正电荷、负电荷在原子内部在原子内部电子电子-带负电荷带负电荷质子质子-带正电荷带正电荷 中子中子-不带电荷不带电荷 质子与电子数量相等，电性相反，对外不显电性。质子与电子数量相等，电性相反，对外不显电性。同种电荷相斥，异种电荷相吸。同种电荷相斥，异种电荷相吸。12.1.1 电荷电荷1第1页6/8/202426/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙 在在真空真空中，两个中，两个静止静止带电带电点电荷点电荷之间存在相互作用之间存在相互作用力，其大小与点电荷电量乘积成正比，与两点电荷力，其大小与点电荷电量乘积成正比，与两点电荷 之之间距离平方成反比。其方向在两点电荷连线上，同号间距离平方成反比。其方向在两点电荷连线上，同号电荷相斥，异号电荷相吸。电荷相斥，异号电荷相吸。12.1.2 库仑定律库仑定律 1785 年，法国物理学家年，法国物理学家库仑库仑，经过试验方法总结出库，经过试验方法总结出库仑定律：仑定律：两个点电荷之间两个点电荷之间相互作用力相互作用力2第2页6/8/202436/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙为了以后推导公式方便，通常令：为了以后推导公式方便，通常令：称为真空中称为真空中介电常数介电常数其中：其中：库仑定律普通表示为：库仑定律普通表示为：在国际单位制中在国际单位制中点电荷点电荷-是物理学中又一理想模型是物理学中又一理想模型其中其中 d 带电体线度，带电体线度，r 带电体之间距离带电体之间距离3第3页6/8/202446/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙两个点电荷之间相互作两个点电荷之间相互作用力不会因为其它电荷用力不会因为其它电荷存在是否而改变。存在是否而改变。库仑力叠加原理：库仑力叠加原理：当有当有 n 个静止点电荷存在时个静止点电荷存在时4第4页6/8/202456/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙12.1.3 电场、电场强度电场、电场强度 电荷之间存在相互作用力，其实现方式，早期存在电荷之间存在相互作用力，其实现方式，早期存在两种观点两种观点:(1)超距作用超距作用-不需要时间不需要时间电荷电荷电荷电荷(2)近距作用近距作用-需要时间需要时间早期试验伎俩不足，无法证实熟是熟非；早期试验伎俩不足，无法证实熟是熟非；电磁波发觉证实了后一个理论正确。电磁波发觉证实了后一个理论正确。电场电场电荷电荷电荷电荷5第5页6/8/202466/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙(1)电荷之间相互作用是经过电场来实现；电荷之间相互作用是经过电场来实现；(2)电场是物质存在一个形式，电场含有质量、动量电场是物质存在一个形式，电场含有质量、动量 和能量；和能量；(3)任何带电体都在其周围激发电场；任何带电体都在其周围激发电场；(4)在电场中任何带电体都受到力作用；在电场中任何带电体都受到力作用；(5)静止带电体激发电场为静止带电体激发电场为静电场静电场。电场基本概念电场基本概念6第6页6/8/202476/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙静电场性质静电场性质引入：引入：试验点电荷试验点电荷比如：用比如：用细尺细尺细尺细尺测量水杯中水深度测量水杯中水深度试验点电荷条件：试验点电荷条件：(1)线度必须足够小线度必须足够小-研究电场中某点性质研究电场中某点性质 (2)电量必须足够小电量必须足够小-原有电场不受影响原有电场不受影响为了叙述方便，取为了叙述方便，取 为正电荷为正电荷研究静止电荷研究静止电荷 Q 周围静电电场性质周围静电电场性质7第7页6/8/202486/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙定义：定义：所在点电场强度所在点电场强度(3)、Q 称为称为场源电荷场源电荷(1)、是描写电场本身性质物理量，与是描写电场本身性质物理量，与 无关。无关。(4)、试验点电荷在电场中所受力能够表示为、试验点电荷在电场中所受力能够表示为说说 明：明：(2)、是矢量是矢量大小为该点单位点电荷所受力大小为该点单位点电荷所受力方向为该点正电荷受力方向方向为该点正电荷受力方向物理意义：单位正电荷在电场中所受力物理意义：单位正电荷在电场中所受力8第8页6/8/202496/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙9第9页6/8/2024106/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙当场源电荷由多个点电荷组成时，当场源电荷由多个点电荷组成时，所受协力所受协力 多个点电荷在空间某点激发多个点电荷在空间某点激发电场强度电场强度等于各点电荷等于各点电荷单独存在时在该点激发场强矢量和。单独存在时在该点激发场强矢量和。12.1.4 电场强度叠加原理电场强度叠加原理10第10页6/8/2024116/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙1、点电荷场强、点电荷场强12.1.5 电场强度计算电场强度计算11第11页6/8/2024126/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙2、点电荷系中场强、点电荷系中场强12第12页6/8/2024136/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙当当时，转化为积分时，转化为积分3、任意形状带电体场强、任意形状带电体场强对任意电荷元对任意电荷元 在在 P 点产生电场点产生电场带电体能够看作是连续分布点电荷系带电体能够看作是连续分布点电荷系13第13页6/8/2024146/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙12.1.6 电场强度计算举例电场强度计算举例-电偶极子场强电偶极子场强1、电偶极子、电偶极子定义：电偶极矩（电矩）定义：电偶极矩（电矩）当当 时，称为时，称为电偶极子电偶极子14第14页6/8/2024156/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙2、电偶极子延长线上场强、电偶极子延长线上场强因为因为15第15页6/8/2024166/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙3、电偶极子中垂线上场强、电偶极子中垂线上场强因为条件因为条件16第16页6/8/2024176/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙在电场中电偶极子受到力矩作用，会发生转动。在电场中电偶极子受到力矩作用，会发生转动。4、外电场中电偶极子、外电场中电偶极子因为电偶极子因为电偶极子 l 很小，所很小，所以正负电荷所在点电场能以正负电荷所在点电场能够认为相等。够认为相等。两力大小相等，方向相反，作用在不一两力大小相等，方向相反，作用在不一样直线上，协力为零，协力矩不为零。样直线上，协力为零，协力矩不为零。17第17页6/8/2024186/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙真空中均匀带电直线电场真空中均匀带电直线电场选坐标系如图，距选坐标系如图，距O点为点为 l 小段在小段在 P 点产生场强点产生场强例题例题-1-1设：直线均匀带电设：直线均匀带电Q，长为，长为L，场点场点P 与直线垂直距离为与直线垂直距离为a，与两端夹角与两端夹角令令统一变量统一变量18第18页6/8/2024196/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙一样：一样：由几何关系，变量统一到由几何关系，变量统一到19第19页6/8/2024206/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙积分积分当带电直线无限长时当带电直线无限长时则则20第20页6/8/2024216/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙均匀带电细圆环轴线上电场强度均匀带电细圆环轴线上电场强度设：圆环半径设：圆环半径R，带电，带电 q例题例题-2-221第21页6/8/2024226/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙由对称性知由对称性知转化为点电荷电场转化为点电荷电场当当22第22页6/8/2024236/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙均匀带电圆盘轴线上电场强度，已知：均匀带电圆盘轴线上电场强度，已知：由上题结果，取半径由上题结果，取半径为为r，宽度为，宽度为 dr 圆环，圆环，在在 P 点场强为点场强为dE例题例题-3-323第23页6/8/2024246/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙讨论：对无限大带电平板讨论：对无限大带电平板24第24页6/8/2024256/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙1、库仑定律、库仑定律点电荷之间作用力不会因为其它电荷存在是否而改变。点电荷之间作用力不会因为其它电荷存在是否而改变。小小 结：结：2、库仑力叠加原理、库仑力叠加原理3、静电场场强、静电场场强4、点电荷在电场中受力、点电荷在电场中受力25第25页6/8/2024266/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙5、电场强度叠加原理、电场强度叠加原理(1)、点电荷场强、点电荷场强(2)、点电荷系场强、点电荷系场强6、电场强度计算、电场强度计算(3)、任意形状带电体场强、任意形状带电体场强26第26页6/8/2024276/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙电偶极子电偶极矩电偶极子电偶极矩电偶极子延长线上场强电偶极子延长线上场强电偶极子中垂线上场强电偶极子中垂线上场强7、电场强度计算例子、电场强度计算例子外电场中电偶极子外电场中电偶极子(1)、电偶极子、电偶极子27第27页6/8/2024286/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙有限长带电直线有限长带电直线无限长带电直线无限长带电直线(2)、均匀带电直线电场强度、均匀带电直线电场强度(3)、均匀带电细园环轴线上电场强度、均匀带电细园环轴线上电场强度28第28页6/8/2024296/8/2024第十二章第十二章 静电场静电场作者：赵龙作者：赵龙(4)、均匀带电园盘环轴线上电场强度、均匀带电园盘环轴线上电场强度(5)、无限大带电平面电场、无限大带电平面电场1、掌握静电场电场强度概念；、掌握静电场电场强度概念；2、掌握静电场场强叠加原理；、掌握静电场场强叠加原理；3、掌握简单电荷分布电场强度计算方法。、掌握简单电荷分布电场强度计算方法。要要 求求:29第29页