第12章 真空中的靜電場(chǎng)

1課程指導(dǎo)課一第12章真空中的靜電場(chǎng)§1電荷庫(kù)侖定律§2電場(chǎng)與電場(chǎng)強(qiáng)度§3高斯定理§4電勢(shì)§5等勢(shì)面與電勢(shì)梯度教師：鄭采星大學(xué)物理2網(wǎng)絡(luò)資源與交流空間湖南大學(xué)課程中心/G2S/ShowSystem/Index.aspx3特別推薦！4從金屬帶電的靜電實(shí)驗(yàn)演示電場(chǎng)的存在，講解導(dǎo)體的靜電平衡與靜電屏蔽現(xiàn)象，引出靜電現(xiàn)象中尖端放電與金屬尖端附近強(qiáng)電場(chǎng)的應(yīng)用[場(chǎng)離子顯微鏡(FIM)]；用尖端放電與避雷針的模擬實(shí)驗(yàn)，介紹雷電的成因和防雷擊的常知；最后介紹涉及電的基本常識(shí)如高壓帶電作業(yè)、觸電及其急救等。5介紹電介質(zhì)的概念，用模擬實(shí)驗(yàn)演示在一定條件下，絕緣體會(huì)變成導(dǎo)體；講解電介質(zhì)極化和對(duì)電場(chǎng)的影響，介紹電介質(zhì)在電容等方面的應(yīng)用（如增加電容、監(jiān)控等）。從磁介質(zhì)的磁化講解磁介質(zhì)的性能，特別是鐵磁質(zhì)，延伸到應(yīng)用（如電磁爐）。用模擬實(shí)驗(yàn)演示在一定條件下，鐵磁質(zhì)也會(huì)變成順磁質(zhì)。通過(guò)對(duì)電路通斷電實(shí)驗(yàn)，觀察自感和互感現(xiàn)象。6本講從奇妙的北極光現(xiàn)象引入地磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用威力，講述了磁場(chǎng)的成因，磁場(chǎng)對(duì)電流或帶電運(yùn)動(dòng)粒子的磁場(chǎng)力或磁力矩作用規(guī)律，介紹直流單相和多級(jí)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力原理和流行的電動(dòng)自行車(chē)應(yīng)用，交流單相和三相電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特點(diǎn)，引入交流電動(dòng)機(jī)變頻技術(shù)及其在生活中的應(yīng)用，最后介紹磁場(chǎng)的其他應(yīng)用，包括質(zhì)譜儀、磁流體動(dòng)力、回旋加速器和電磁起重等。7本講從電磁感應(yīng)現(xiàn)象出發(fā)，講述電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生原理，進(jìn)一步擴(kuò)展到直流和交流發(fā)電機(jī)，三相交流發(fā)電機(jī)和三相四線動(dòng)力電力系統(tǒng)；接著介紹電磁感應(yīng)的渦流效應(yīng)在加熱、阻尼、驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)上的應(yīng)用，列舉了生活中的電磁爐和微波爐的工作原理，電磁互感的應(yīng)用；最后介紹了電磁波的形成，天線結(jié)構(gòu)和工作原理，與實(shí)際天線結(jié)合闡述了天線的應(yīng)用。8910基本要求教學(xué)基本內(nèi)容、基本公式第12章真空中的靜電場(chǎng)掌握電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)強(qiáng)度迭加原理，電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算；掌握電力線、電通量、真空中的高斯定理及其應(yīng)用；掌握電場(chǎng)力的功。理解電場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流。掌握電勢(shì)差、電勢(shì)、電勢(shì)迭加原理及電勢(shì)（能）與電勢(shì)（能）差的計(jì)算。理解等勢(shì)面。了解電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度的關(guān)系。1.庫(kù)侖定律,

靜電力的疊加原理q1q2q0q2r2q1r1112.任意帶電體（連續(xù)帶電體)電場(chǎng)中的場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算：(1)將帶電體分成很多元電荷

dq,先求出它產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的大小

dE和方向(2)將dE按坐標(biāo)軸方向分解，求得dEx,

dEy,

dEz(3)

對(duì)帶電體積分，可得總場(chǎng)強(qiáng)：注意：直接對(duì)dE積分是常見(jiàn)的錯(cuò)誤一般E

dEdqP體密度面密度線密度123.高斯定理以及應(yīng)用:在真空中，靜電場(chǎng)通過(guò)任意閉合曲面的電通量，等于面內(nèi)所包圍的自由電荷代數(shù)和除以真空介電常數(shù)。點(diǎn)電荷系連續(xù)分布帶電體關(guān)鍵:

選取合適的閉合曲面（Gauss面）(3)應(yīng)用高斯(Gauss)定理計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)(1)由電荷分布對(duì)稱性分析電場(chǎng)的對(duì)稱性(2)據(jù)電場(chǎng)分布的對(duì)稱性選擇合適的閉合曲面只有當(dāng)電荷和電場(chǎng)分布具有某種對(duì)稱性時(shí),才可用高斯(Gauss)定理求場(chǎng)強(qiáng)?；静襟E如下：134.電勢(shì)計(jì)算的兩種方法方法一、利用點(diǎn)電荷電勢(shì)公式及電勢(shì)疊加原理求電勢(shì)方法二、5.場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的關(guān)系電勢(shì)梯度

在直角坐標(biāo)系中141.半徑為R的帶電細(xì)圓環(huán)，其電荷線密度為

=

0cos

，式中

0為一常數(shù)，

為半徑R與x軸所成的夾角，如圖所示．試求環(huán)心O處的電場(chǎng)強(qiáng)度．解：在任意角

處取微小電量dq=

dl，它在O點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為：yRxf