電場和電場強(qiáng)度課件.ppt

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1、一、電場庫侖定律給出了兩個靜止點(diǎn)電荷間的相互作用力，但沒有說明作用是通過什么途徑發(fā)生的。歷史上圍繞電力的傳遞問題有過長期的爭論，一種觀點(diǎn)是超距作用；另一種觀點(diǎn)是近距作用。近代物理發(fā)展已證明近距作用的觀點(diǎn)才是正確的。電荷與電荷之間存在相互作用是通過電荷在其周圍產(chǎn)生的電場來實(shí)現(xiàn)的。任何電荷的周圍都存在一種特殊的物質(zhì)，這種物質(zhì)叫電場。1電場的基本特性是對處在場中的電荷有力的作用?，F(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展充分證明電場的存在。電荷電場電荷物質(zhì)實(shí)物場2二、電場強(qiáng)度試探電荷（檢驗(yàn)電荷）必須滿足的兩個條件：2所帶電量q0要足夠小，以不至于影響原來的電場分

2、布。為敘述方便，在下面討論中均用正電荷作試探電荷。點(diǎn)電荷電荷足夠小試探電荷與點(diǎn)電荷有何不同？思考1其線度要足夠小，以至于所得的結(jié)果能精確反映電場各“點(diǎn)”的性質(zhì)。3在SI中，場強(qiáng)單位：牛/庫(NC-1)電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度q0q0在電場某點(diǎn)處，場強(qiáng)的大小等于單位正電荷在該點(diǎn)所受的電場力的大小，場強(qiáng)的方向與該單位正電荷在該點(diǎn)處所受電場力的方向相同。4一般來講，空間不同點(diǎn)的場強(qiáng)的大小和方向都是不同的，即電場強(qiáng)度是空間位置的函數(shù)，電場是矢量場，若空間各點(diǎn)場強(qiáng)的大小和方向都相同，則稱為均勻電場或勻強(qiáng)電場。5電場的基本特性是對場中的電荷有力的作

3、用，若將電量為q的點(diǎn)電荷置于場強(qiáng)為的某點(diǎn)，則該點(diǎn)電荷所受的電場力為：場源電荷點(diǎn)電荷6場點(diǎn)源點(diǎn)+1點(diǎn)電荷的電場三、點(diǎn)電荷與點(diǎn)電荷系的場強(qiáng)q7+真空中點(diǎn)電荷場強(qiáng)分布8結(jié)論：點(diǎn)電荷電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)的大小與場源電荷所帶的電量成正比，與該點(diǎn)到場源電荷的距離的平方成反比；場強(qiáng)的方向沿該點(diǎn)與場源電荷所在點(diǎn)的連線。為正時，與方向相同,背離；為負(fù)時，與方向相反，指向。點(diǎn)電荷的場是球?qū)ΨQ的非均勻電場，位于場源電荷所在點(diǎn)為球心的同一球面上的各點(diǎn)，場強(qiáng)的大小是相同的，但各點(diǎn)場強(qiáng)方向不同，分別沿各點(diǎn)所在的球徑。9設(shè)真空中存在幾個電荷，對的作用2場強(qiáng)疊加原理和點(diǎn)

4、電荷系的電場10點(diǎn)電荷系在空間任意一點(diǎn)所激發(fā)的總場強(qiáng)等于各個點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時對該點(diǎn)所激發(fā)的場強(qiáng)的矢量和,這就是場強(qiáng)疊加原理。11例2（例1.3-1）求電偶極子中垂線上的電場電偶極矩（電矩）+電矩是矢量，方向由負(fù)電荷沿偶極子軸線指向正電荷。解有兩個大小相等的點(diǎn)電荷+q和-q，當(dāng)兩者之間的距離比考察的場點(diǎn)到它們的距離小得多時，此系統(tǒng)稱為電偶極子。12+r13用矢量形式表示為：電偶極子的場強(qiáng)不是決定于，而是決定于。這表明電偶極矩是表征電偶極子屬性的一個重要物理量。而且當(dāng)距離很大時，電偶極子的場強(qiáng)以衰減，比點(diǎn)電荷的場強(qiáng)衰減迅速得多。若14在均

5、勻外電場中，電偶極子所受的合力為零，電偶極子在電場中所受的力矩為+電偶極子是一個重要的物理模型，在研究電介質(zhì)的極化、電磁波的發(fā)射和吸收等問題時，都要用到這個模型。15電荷面分布電荷體分布電荷線分布dSdVdl把帶電體看成是許多極小的連續(xù)分布的電荷元組成。四、連續(xù)分布電荷的電場16每一個電荷元都當(dāng)作點(diǎn)電荷來處理，而電荷元在點(diǎn)所激發(fā)的場強(qiáng)，按點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式根據(jù)場強(qiáng)疊加原理,整個帶電體在點(diǎn)激發(fā)的場強(qiáng)為++++++++++17計(jì)算時將上式在坐標(biāo)系中進(jìn)行分解，再對坐標(biāo)分量積分。18例3(例1.3-2)求一均勻帶電直線在P點(diǎn)的電場。RP?解建立

6、直角坐標(biāo)系將投影到坐標(biāo)軸上取線元帶電xyOR??2?1P?dx?式中x、r、?都是變量,需進(jìn)行積分變量代換.由此得由圖可知xyOR??2?1P?dx?x將以上兩式對整個帶電細(xì)棒積分xyOR??2?1P?dx?x22當(dāng)直線長度{極限情況，由xyOR??2?1P?dx?x討論23無限長均勻帶電直線的場強(qiáng)無限長均勻帶電直線的場強(qiáng)分布具有軸對稱性。無限長帶電直導(dǎo)線附近某點(diǎn)的場強(qiáng)大小與電荷線密度成正比該點(diǎn)離帶電直線的距離成反比，場強(qiáng)的方向垂直與直線。24例4(例1.3-3)正電荷q均勻分布在半徑為R的圓環(huán)上。計(jì)算通過環(huán)心點(diǎn)O并垂直圓環(huán)平面的軸線

7、上任一點(diǎn)P處的電場強(qiáng)度。25解由對稱性方向沿x軸正方向26由對稱性.當(dāng)位置發(fā)生變化時，它所激發(fā)的電場矢量構(gòu)成了一個圓錐面。dq27即在遠(yuǎn)離環(huán)心的地方，帶電環(huán)的場強(qiáng)可視為電荷全部集中在環(huán)心處所產(chǎn)生的場強(qiáng)。（1）（2）（3）討論28例5有一半徑為R，電荷均勻分布的薄圓盤，其電荷面密度為?.求通過盤心且垂直盤面的軸線上任意一點(diǎn)處的電場強(qiáng)度.29解rdr由例4均勻帶電圓環(huán)軸線上一點(diǎn)的電場30討論如何求無限大均勻帶電平面的電場？泰勒展開31?>0時，平面帶正電，的方向由平面指向兩側(cè)；?<0時，平面帶負(fù)電，的方向由兩側(cè)指向平面。無限大均勻帶電平面

8、的場強(qiáng)，勻強(qiáng)電場.32以上幾例可看出，空間各點(diǎn)的場強(qiáng)完全決定于電荷的分布情況，如果給定電荷的分布，原則上就能算出任一點(diǎn)的場強(qiáng)。計(jì)算的方法是利用點(diǎn)電荷在周圍激發(fā)場強(qiáng)的表達(dá)式和場強(qiáng)疊加原理。計(jì)算步驟：先任取電荷元dq，寫出d