《上静电学精选课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《上静电学精选课件.ppt（42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、关于上静电学关于上静电学第一页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽 任意电荷的电场（视为点电荷的组合）任意电荷的电场（视为点电荷的组合）结论：结论：静电场力做功与路径无关静电场力做功与路径无关.二二 静电场的环路定理静电场的环路定理静电场是保守场静电场是保守场12第二页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽1 1、电势能、电势能Electric Potential Energy 静静电场是电场是保守场保守场，静电场力是，静电场力是保守力保守力.静电场力所做静电场
2、力所做的功就等于电荷的功就等于电荷电势能增量电势能增量的的负值负值.电势能的电势能的大小大小是是相对相对的，电势能的的，电势能的差差是是绝对绝对的的.令令 试验电荷试验电荷 在电场中某点的电势能，在数值上在电场中某点的电势能，在数值上就等于把它从该点移到零势能处静电场力所作的功就等于把它从该点移到零势能处静电场力所作的功.5.4.2 电势电势 电势差电势差Electric Potential and Potential Difference第三页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽(积分大小与积分大小与 无关无关)2 2、电势
3、电势Electric Potential点电势点电势点电势点电势（为参考电势，值任选）为参考电势，值任选）第四页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽令令 电势零点选择方法：电势零点选择方法：有限带电体以无穷远为电势零点，有限带电体以无穷远为电势零点，实际问题中常选择地球电势为零实际问题中常选择地球电势为零.电势差电势差 物理意义物理意义 把单位正试验电荷从点把单位正试验电荷从点 移到无穷远移到无穷远时，静电场力所作的功时，静电场力所作的功.第五页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨
4、工程大学理学院 姜海丽(将单位正电荷从将单位正电荷从 移到移到 电场力作的功电场力作的功.).)电势差电势差 电势差是绝对的，与电势零点的选择无关；电势差是绝对的，与电势零点的选择无关；电势大小是相对的，与电势零点的选择有关电势大小是相对的，与电势零点的选择有关.注意注意 静电场力的功静电场力的功原子物理中能量单位原子物理中能量单位 单位：单位：伏特伏特第六页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽1 1、迭加法：利用点电荷的电势、迭加法：利用点电荷的电势令令5.4.3 电势的计算电势的计算第七页，本课件共有42页第五章静电场电场
5、力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽利用电势的叠加原理利用电势的叠加原理 点电荷系点电荷系 电荷连续分布电荷连续分布第八页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽2、定义法：在已知电场分布的情况下求电势、定义法：在已知电场分布的情况下求电势一般针对对称性很强的带电体，在利用高斯定理求出一般针对对称性很强的带电体，在利用高斯定理求出空间场强分布的情况下，由定义式求出电势。空间场强分布的情况下，由定义式求出电势。第九页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工
6、程大学理学院 姜海丽求电势求电势的方法的方法 利用利用 若已知在积分路径上若已知在积分路径上 的函数表达式，的函数表达式，则则（利用了点电荷电势（利用了点电荷电势 ，这一结果已选无限远处为电势零点，即使这一结果已选无限远处为电势零点，即使用此公式的前提条件为用此公式的前提条件为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.）讨论讨论第十页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽练习题练习题1、在、在“无限大无限大”的均匀带电平板附近，有一点电荷的均匀带电平板附近，有一点电荷q，沿，沿电力线方向移动距离电力线
7、方向移动距离d时，电场力作的功为时，电场力作的功为A，由此知平，由此知平板上的电荷面密度板上的电荷面密度 _ 2、如图所示试验电荷、如图所示试验电荷q，在点电荷在点电荷+Q产生的电场中，产生的电场中，沿半径为沿半径为R的整个圆弧的的整个圆弧的3/4圆弧轨道由圆弧轨道由a点移到点移到d点的过程点的过程中电场力作功为中电场力作功为_；从；从d点移到无穷远处点移到无穷远处的过程中，电场力作功为的过程中，电场力作功为_ 0 qQ/(40R)第十一页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽3、电荷为、电荷为Q的点电荷，置于圆心的点电荷，置于
8、圆心O处，处，b、c、d为同为同一圆周上的不同点，如图所示现将试验电荷一圆周上的不同点，如图所示现将试验电荷q0从图从图中中a点分别沿点分别沿ab、ac、ad路径移到相应的路径移到相应的b、c、d各点，各点，设移动过程中电场力所作的功分别用设移动过程中电场力所作的功分别用A1、A2、A3表示，表示，则三者的大小的关系是则三者的大小的关系是_(填，填，)A1A2A3第十二页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽+例例1 正电荷正电荷 均匀分布在半径为均匀分布在半径为 的细圆环上的细圆环上.求求圆环圆环轴线上距环心为轴线上距环心为
9、处点处点 的电势的电势.第十三页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽讨讨 论论 第十四页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽（点点电荷电势）电荷电势）均匀带电薄圆盘轴线上的电势均匀带电薄圆盘轴线上的电势第十五页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽例例2 2 均匀带电球壳的电势均匀带电球壳的电势.+真空中，有一带电为真空中，有一带电为 ，半径为，半径为 的带电球壳的带电球壳.试求（试求（1）球壳
10、外两点间的电势差；（）球壳外两点间的电势差；（2）球壳内两点）球壳内两点间的电势差；（间的电势差；（3）球壳外任意点的电势；（）球壳外任意点的电势；（4）球壳）球壳内任意点的电势内任意点的电势.解解（1）第十六页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽（3）令令 由由可得可得 或或（2）+第十七页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽（4）由由可得可得 或或第十八页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海
11、丽例例3、电电荷荷面面密密度度分分别别为为+和和-的的两两块块“无无限限大大”均均匀匀带带电电平平行行平平面面，分分别别与与X轴轴垂垂直直相相交交于于x1=a，x2=-a 两两点点。设设坐坐标标原原点点O处处电电势势为为零零，试试求求:空空间间的的电电势势分分布布表表达达式式,并画出其曲线。并画出其曲线。xO-+-aa第十九页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽解：由场强迭加原理得解：由场强迭加原理得xO-+所以所以,在在-x x a 区间区间第二十页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势
12、哈尔滨工程大学理学院 姜海丽在在 a x -a 区间区间Oa-axU电势分布曲线如下图所示：电势分布曲线如下图所示：第二十一页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽4、一均匀带电球层，其电荷体密度为、一均匀带电球层，其电荷体密度为，球层，球层内表面半径为内表面半径为R1，外表面半径为，外表面半径为R2。设无穷远处电。设无穷远处电势为零，求：空腔内任一点的电势。势为零，求：空腔内任一点的电势。第二十二页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽解解:由高斯定理可知空腔内
13、由高斯定理可知空腔内E0，故带电球层的空腔，故带电球层的空腔是等势区，各点电势均为是等势区，各点电势均为U.在球层内取半径为在球层内取半径为rrdr的薄球层其电荷为的薄球层其电荷为 dq=4 r2dr该薄层电荷在球心处产生的电势为该薄层电荷在球心处产生的电势为 整个带电球层在球心处产生的电势为整个带电球层在球心处产生的电势为 第二十三页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽因为空腔内为等势区所以空腔内任一点的电势因为空腔内为等势区所以空腔内任一点的电势U为为 若根据若根据电势电势定定义义计计算同算同样样 第二十四页，本课件共有4
14、2页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽5、如图所示，半径为、如图所示，半径为R的均匀带电球面，带有电荷的均匀带电球面，带有电荷q沿某一半径方向上有一均匀带电细线，电荷线密度为沿某一半径方向上有一均匀带电细线，电荷线密度为l，长度为长度为l，细线左端离球心距离为，细线左端离球心距离为r0设球和线上的电荷设球和线上的电荷分布不受相互作用影响，试求：细线所受球面电荷的电分布不受相互作用影响，试求：细线所受球面电荷的电场力和细线在该电场中的电势能场力和细线在该电场中的电势能(设无穷远处的电势为零设无穷远处的电势为零)第二十五页，本课件共有42页第五章
15、静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽解：设解：设x轴沿细线方向，原点在球心处，在轴沿细线方向，原点在球心处，在x处取线元处取线元dx，其上电荷为，其上电荷为该线元在带电球面的电场中所受电场力为：该线元在带电球面的电场中所受电场力为：dF=q dx/(40 x2)整个细线所受电场力为：整个细线所受电场力为：方向沿方向沿x正方向正方向 第二十六页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽电荷元在球面电荷电场中具有电势能：电荷元在球面电荷电场中具有电势能：dW=(q dx)/(40 x)整个线电
16、荷在电场中具有电势能整个线电荷在电场中具有电势能：第二十七页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽1.等势面等势面Equipotential Surfaces：将电场中电势相等的点：将电场中电势相等的点2.连接起来组成的面叫做等势面连接起来组成的面叫做等势面.即的空间曲面称为等势面。即的空间曲面称为等势面。3.等势面上的任一曲线叫做等势线或等位线。等势面上的任一曲线叫做等势线或等位线。5.5 等势面等势面 电场强度与电势的微分关系电场强度与电势的微分关系等势面的性质：等势面的性质：电力线的方向指向电势降落的方向。电力线的方向指向
17、电势降落的方向。因沿电力线方向移动正电荷场力做正功，因沿电力线方向移动正电荷场力做正功，电势能减少。电势能减少。第二十八页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽规定两个相邻等势面的电势差相等规定两个相邻等势面的电势差相等 所以等势面较密集的地方，场强较大。等势面较稀所以等势面较密集的地方，场强较大。等势面较稀疏的地方，场强较小疏的地方，场强较小。除电场强度为零处外，电力线与等势面正交。除电场强度为零处外，电力线与等势面正交。证明：因为将单位正电荷从等势面上证明：因为将单位正电荷从等势面上MM点移到点移到 N N点，电场力做功为零
18、，而路径不为零点，电场力做功为零，而路径不为零第二十九页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽点点电电荷荷的的等等势势面面第三十页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽点点点点电电电电荷荷荷荷的的的的等等等等势势势势面面面面第三十一页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽两平行带电平板的电场线和等势面两平行带电平板的电场线和等势面+第三十二页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能
19、电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽一对等量异号点电荷的电场线和等势面一对等量异号点电荷的电场线和等势面+第三十三页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽2 2、电场强度与电势梯度、电场强度与电势梯度potential grade 电场中某一点的电场中某一点的电场强度电场强度沿沿某一方向的分量某一方向的分量，等于这，等于这一点的电势沿该方向单位长度上一点的电势沿该方向单位长度上电势变化率电势变化率的的负负值值.第三十四页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜
20、海丽高高电电势势低低电电势势方向方向 与与 相反，由相反，由高高电势处指向电势处指向低低电势处电势处大小大小第三十五页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽（电势梯度电势梯度）直角坐标系中直角坐标系中 为求电场强度为求电场强度 提供了一种新的途径提供了一种新的途径求求 的三种方法的三种方法利用电场强度叠加原理利用电场强度叠加原理利用高斯定理利用高斯定理利用电势与电场强度的关系利用电势与电场强度的关系物理意义物理意义 （1 1）空间某点电场强度的大小取决于该点领域内空间某点电场强度的大小取决于该点领域内电势电势 的空间变化率的空间
21、变化率.（2 2）电场强度的方向恒指向电势降落的方向电场强度的方向恒指向电势降落的方向.讨讨论论第三十六页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽 例例1 1 求一均匀带电细圆环轴线上任一点的电场强度求一均匀带电细圆环轴线上任一点的电场强度.解解第三十七页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽例例2 求电偶极子电场中任意一点求电偶极子电场中任意一点 的电势和电场强度的电势和电场强度.解解第三十八页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽第三十九页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽第四十页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽第四十一页，本课件共有42页第五章静电场电场力的功电场力的功 电势能电势能 电电 势势哈尔滨工程大学理学院 姜海丽感感谢谢大大家家观观看看第四十二页，本课件共有42页