电磁学--静电场精.ppt

《电磁学--静电场精.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁学--静电场精.ppt（37页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、电磁学电磁学电磁学电磁学-静电场静电场静电场静电场第1页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场2电场的基本性质电场的基本性质1）对放在电场内的任何电荷都有对放在电场内的任何电荷都有作用力作用力 导体：导体：静电感应现象静电感应现象 电介质：电介质：极化现象极化现象2）电场力对移动电荷电场力对移动电荷作功作功 静电场静电场：相对于观察者静止的电荷在周围空间激：相对于观察者静止的电荷在周围空间激发的电场。发的电场。静电场简介静电场简介第2页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场3本章本章教学基本要求教学基本要求 一一 掌握掌握描述静电场的两个基本物理量描述静电场的两个基本物理量-、；理解理解

2、是是矢量点函数，矢量点函数，是标量点函数。是标量点函数。二二 理解理解静电场的两条基本定理静电场的两条基本定理高斯定理和环路定理，高斯定理和环路定理，明明确认识确认识静电场是有源场和保守场。静电场是有源场和保守场。三三 掌握掌握用点电荷的用点电荷的 和叠加原理及高斯定理求解带电系和叠加原理及高斯定理求解带电系统统 的方法。的方法。四四 掌握掌握用叠加原理及定义式求解带电系统用叠加原理及定义式求解带电系统 的方法。的方法。五五 掌握掌握静电平衡条件，静电平衡条件，掌握掌握导体处于静电平衡时的电荷、电导体处于静电平衡时的电荷、电势、电场分布。势、电场分布。六六 能能计算计算常见电容器的电容；常见电

3、容器的电容；理解理解电场能量密度的概念，电场能量密度的概念，掌握掌握电场能量的计算。电场能量的计算。第3页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场4重点重点 、的物理意义及计算；高斯定理和环路定理；导体的物理意义及计算；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。容的计算。难点难点 、计算方法的选择及应用；高斯计算方法的选择及应用；高斯定理的理解及应用；导体处于静电平衡定理的理解及应用；导体处于静电平衡时电荷分布的分析。时电荷分布的分析。本章教学重难点本章教学重难点第4页，本讲稿共37页第第一一章静电场章

4、静电场51 1 电场强度电场强度试验电荷：点电荷试验电荷：点电荷(尺寸小尺寸小)；q q0 0足够小足够小：场源电荷：场源电荷：试验电荷：试验电荷 单位单位:和和试试验电荷无关验电荷无关（P188 5-4）电荷电荷q 受电场力受电场力:定义定义:单位正试验电荷所受的电场力。单位正试验电荷所受的电场力。第5页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场6带电系统带电系统电场强度电场强度的两种求解方法的两种求解方法1）叠加（积分）法叠加（积分）法2）高斯定理（对称场）高斯定理（对称场）1 1 电场强度电场强度第6页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场7（P188 5-7）1 1、点电荷、点电荷的电

5、场的电场2 2 电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理2 2、点电荷、点电荷系的电场系的电场第7页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场8（一般（一般:）实际运算实际运算建立坐标建立坐标3、电荷连续分布的电场、电荷连续分布的电场2 2 电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理P191 5-9第8页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场91 1、规定、规定dS 方向：每点方向：每点切线切线方向；方向；大小：通过垂直大小：通过垂直 单位面积单位面积电场线数电场线数。3 3 电场线（电场的图示法）电场线（电场的图示法）2 2、特点、特点始于正电荷始于正电荷,止于负电荷止于负电荷(来自无穷远来自无穷远,

6、去向无穷远去向无穷远)-)-不形成不形成闭合闭合曲线曲线任意两电场线任意两电场线不相交不相交。（P P188188 5-10 5-10）第9页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场10 通过电场中某个曲面通过电场中某个曲面的的电场线数电场线数。1、定义、定义2、表述表述4 4 电场强度通量电场强度通量 匀强电场，平面匀强电场，平面 非匀强电场，曲面非匀强电场，曲面S（P192 5-14）第10页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场115 5 静电场的高斯定理静电场的高斯定理（闭合曲面（闭合曲面-高斯面高斯面-面内面内电荷）电荷）思考思考：1 1）高斯面上的高斯面上的 与哪些电荷有关？与哪

7、些电荷有关？2 2）哪些电荷对闭合曲面哪些电荷对闭合曲面 的的 有贡献？有贡献？q1q4q3q2q5q6P188 5-11至至5-14，P190 5-2第11页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场12高斯定理高斯定理 总结总结 q1q4q3q2q5q6 1）高斯面上）高斯面上场强场强由由内、外内、外电荷决定，电场强度电荷决定，电场强度通量通量由由面内面内电荷决定。电荷决定。2）通量为零通量为零不等于高斯面内不等于高斯面内无无电荷，也不说明高斯面上电荷，也不说明高斯面上场强场强处处为零处处为零。3）电场的电场的有源有源性。性。5 5 静电场的高斯定理静电场的高斯定理第12页，本讲稿共37页

8、在点电荷在点电荷 和和 的静电场中，做如下的三个的静电场中，做如下的三个闭合面闭合面 求：求：通过各闭合面的电通量。通过各闭合面的电通量。讨论讨论 将将 从从 移到移到 ，点，点 电场强度是否变化？穿过高电场强度是否变化？穿过高 斯面斯面 的的 有否变化？有否变化？*第13页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场14高斯定理应用举例高斯定理应用举例 条件：电荷分布具有较高的空间对称性条件：电荷分布具有较高的空间对称性1)1)球对称（球体，球面）；球对称（球体，球面）；2)2)轴对称（无限长柱体，柱面）；轴对称（无限长柱体，柱面）；3)3)面对称（无限大平板，平面）。面对称（无限大平板，平面）

9、。常见的具有对称性的电荷常见的具有对称性的电荷5 5 静电场的高斯定理静电场的高斯定理第14页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场15 1 1)对称性分析；对称性分析；2 2)选择合适高斯面；选择合适高斯面；3 3)应用高斯定理计算。应用高斯定理计算。用高斯定理求用高斯定理求 的步骤的步骤高斯面选取的注意事项高斯面选取的注意事项 1 1)通过待求的场点；通过待求的场点；2 2)：，；3 3)部分部分 的的E，应为一常量；，应为一常量；4 4)简单简单几何几何面。面。5 5 静电场的高斯定理静电场的高斯定理第15页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场16Q 例例 设有设有一半径为一半径为

10、R,均匀带电均匀带电Q 的的球面球面。求球面内外求球面内外任意点的电场强度。任意点的电场强度。对称性分析：对称性分析：球对称球对称解解高斯面：闭合高斯面：闭合球面球面R5 5 静电场的高斯定理静电场的高斯定理（任意半径（任意半径 r 的同心球面）的同心球面）第16页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场17Q (1)R5 5 静电场的高斯定理静电场的高斯定理 (2)第17页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场18球球对称电场对称电场：均匀带电球：均匀带电球面面、球、球壳壳、球、球体体。5 5 静电场的高斯定理静电场的高斯定理P192 5-20第18页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电

11、场19轴轴对称电场：对称电场：均匀带电长均匀带电长直线直线（圆柱圆柱）、）、柱面、柱壳柱面、柱壳。5 5 静电场的高斯定理静电场的高斯定理P192 5-21无限长无限长均匀带电均匀带电直线：直线：第19页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场20面面对称：无限大带电对称：无限大带电平面平面的电场的电场叠加叠加问题问题等量同号与异号、不等量同号与异号等量同号与异号、不等量同号与异号5 5 静电场的高斯定理静电场的高斯定理P189-190 5-1一个一个无限大均匀带电无限大均匀带电平面：平面：第20页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场21静电场是保守场静电场是保守场结论：结论：沿闭合路径一

12、周，沿闭合路径一周，电场力作功为零。电场力作功为零。6 6 静电场的环路定理静电场的环路定理第21页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场22令令7 7 电势电势（与零点选取有关）（与零点选取有关）第22页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场23 电势零点的选取电势零点的选取物理意义：物理意义：单位正单位正试验电荷从点试验电荷从点A移移到无限远处静电场力作的功到无限远处静电场力作的功。：无穷远：无穷远(有限带电体有限带电体)电势差电势差(将单位正电荷从将单位正电荷从A移到移到B时时电场力作的功电场力作的功)7 7 电势电势静电场力的功静电场力的功（P193 5-22）第23页，本讲稿共3

13、7页第第一一章静电场章静电场24计算计算电势电势方法方法 （有限大有限大带电体且选带电体且选无限远无限远处为电势零点）处为电势零点）（已知积分路径上（已知积分路径上 的函数表达式）的函数表达式）8 8 电势的计算电势的计算P193 5-27第24页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场25 9 9 电场强度与电势的关系电场强度与电势的关系P189 5-25，5-26，5-27；P190 5-3 （2 2）的方向：恒指向电势降落方向。的方向：恒指向电势降落方向。（1 1）的大小：取决该点领域内的大小：取决该点领域内 的空间变化率。的空间变化率。1 1）电场线与等势面电场线与等势面正正交交。（等

14、势面上电场力不做功）（等势面上电场力不做功）2）等势面：等势面：密密处处 大大；疏疏处处 小小。第25页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场26+导导体体是是等等势势体体（1 1）内部任一点处电场强度为零；）内部任一点处电场强度为零；（2 2）表面处电场强度方向）表面处电场强度方向,与导体表面垂直。与导体表面垂直。导体表面是等势面导体表面是等势面 导体内部电势相等导体内部电势相等10 10 导体的静电平衡条件导体的静电平衡条件第26页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场271 1 电势分布电势分布 表面：表面：等势面等势面内部电势：内部电势：相等相等导体导体是等是等势体势体11 11

15、导体处于静电平衡时的性质导体处于静电平衡时的性质+2 2 场强分布场强分布 导导体体内部内部：导导体外体外紧紧靠靠导导体体表面表面的点的点P226 6-3第27页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场28+结论结论:导体导体内部无内部无净电荷，净电荷，电荷电荷只分布在只分布在导体导体表面表面。（1）实心导体实心导体3 3 电荷分布电荷分布11 11 导体处于静电平衡时的性质导体处于静电平衡时的性质（2）空腔导体空腔导体 空腔内无电荷时空腔内无电荷时结论结论:电荷分布在外表面，电荷分布在外表面，内表面无电荷。内表面无电荷。+第28页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场29 空腔内有电荷时空

16、腔内有电荷时（2）空腔导体空腔导体3 3 电荷分布电荷分布11 11 导体处于静电平衡时的性质导体处于静电平衡时的性质 结论结论:空腔内有电荷空腔内有电荷+q时，空腔内表面有感时，空腔内表面有感应电荷应电荷q，外表面有感应电荷，外表面有感应电荷+q（电荷守恒）。（电荷守恒）。P229 6-8P227-228 6-1，6-3，P230 6-13第29页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场30导体接地问题导体接地问题 （1）导体接地：与地球）导体接地：与地球等电势等电势，与外界条件，与外界条件变化无关。变化无关。（2）带电导体接地，）带电导体接地，接地线接地线提供与地球交换提供与地球交换电量的

17、通道，电荷流动电量的通道，电荷流动方向方向，取决于导体接地前，取决于导体接地前的的电势电势是高于大地，还是是高于大地，还是低于低于大地。大地。注意注意11 11 导体处于静电平衡时的性质导体处于静电平衡时的性质P228 习题习题6-2P226 问题问题6-2第30页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场31+-电容率电容率+-12 12 电介质对电场的影响电介质对电场的影响 介质介质中的中的高斯高斯定理：定理：（均匀各向同性）（均匀各向同性）电位移矢量：电位移矢量：P228 6-5P228 6-4第31页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场32 电容大小：与导体电容大小：与导体形状形状、

18、相对位置相对位置、其、其间电间电介质介质有关，与所带电荷量有关，与所带电荷量无关无关。13 13 电容器的电容及计算电容器的电容及计算1 电容器电容电容器电容P227 6-7第32页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场332 电容器电容的计算电容器电容的计算（1 1）设两极板分别带设两极板分别带Q （3 3）求两极板间的电势差求两极板间的电势差U步骤步骤（4 4）由由C=Q/U求求C（2 2）求两极板间的电场强度求两极板间的电场强度13 13 电容器的电容及计算电容器的电容及计算例：平板电容器例：平板电容器第33页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场34 混联混联：根据连接计算，满足：

19、根据连接计算，满足容量和耐容量和耐压压的特殊要求。的特殊要求。电容器的并联电容器的并联增大电容增大电容 电容器的串联电容器的串联提高耐压提高耐压13 13 电容器的电容及计算电容器的电容及计算第34页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场35讨论讨论13 13 电容器的电容及计算电容器的电容及计算P232 6-26第35页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场3614 14 静电场的能量静电场的能量 能量密度能量密度2 电场能量密度电场能量密度1 电容器的电能电容器的电能3 电场空间所存储的能量电场空间所存储的能量P233 6-33P227 6-8，6-9第36页，本讲稿共37页第第一一章静电场章静电场37第37页，本讲稿共37页