2022-2023年高中物理竞赛 电场1.3静电场课件

一电场§1.3静电场1、对电场的认识过程电荷之间有相互作用,这种相互作用如何传递呢?(1)超距作用观点：电荷电荷(2)近距作用学说：电荷电荷(3)场的观点：电荷电荷2、场与实物的关系场是物质存在的一种形态,具有由原子分子组成的实物的共性,即具有质量、动量和能量等物质的基本属性.但电磁场也有它的特殊性：有作为场的特点的\n波动性和迭加性；它可以脱离场源电荷或电流而单独存在.几个电磁场可以同时占据同一几何空间.注意：实物的质量密度一般为103kg/m3,而场的质量密度一般为10-23kg/m3,忽略.3、静电场的对外表现（1）对场中的其它带电体有作用力：引入电场强度（2）当带电体在电场中移动时,电场力对带电体作功,这表明电场具有能量：引入电势二电场强度空间某点有一点电荷Q,Q在周围空间激发电场,在此电场中引入一个试探电荷q1,讨论试探电荷q1的受力情况（3）使引入场中的导体或电介质分别产生静电感应现象和极化现象\n（q1受的静电力）在空间引入不同的试探点电荷q2、q3,有静电力的大小不但与试探电荷的位置（场点）有关,且与其电量也有关系.q1Qq2q3\n即试探电荷所受的静电力和其电荷量的比值却是只无关的量,这一结论可以用叠加原与场点有关而与理推广到任意电荷激发的电场.1、电场强度的定义及数学表达式在任意电场中,某点的电场强度,是表征该点电场特性的矢量,其大小等于位于该点的单位电荷所受的电场力；其方向与位于该点的正电荷所受的电场力的方向相同.写作2、说明（1）为了不使所研究的电场发生明显的变化,试探电荷的电荷量必须足够小.（2）场强的上述定义具有普遍意义,无论对静电场,\n运动电荷的电场还是变化磁场产生的电场,都适用.（3）对于一个给定的试探电荷q,q在场中某点受静电力大,则电场强度E大,电场强；反之电场弱.（4）电场中任一点,都有一个大小和方向确定的场强矢量E,E是空间坐标（位置）的矢量点函数.如果电场空间各点的场强的大小和方向都相同,则称为均匀电场或匀强电场.（5）场强叠加原理在点电荷组的电场中,空间某点的总场强,等于各个点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和.即\n三场强的计算1、点电荷电场中的场强上式表明：E与q成正比,与r2成反比.qP点（场点）场源场源场点qq0由场强定义得q为正,同向（背离q）；+qPq为负,反向（指向q）.-qP+q-q\n2、点电荷系（组）电场中的场强电场由若干个点电荷q1、q2……qn共同产生,则按场强叠加原理有3、任意带电体电场中的场强任意带电体可以分成许多极小的电荷元dq的集合,每个电荷元dq（看成点电荷）产生的场强为是从dq所在点到场点的矢径单位矢\n由叠加原理得总场强（矢量积分）对于电荷连续分布的情况,引入电荷密度来描述带电体的电荷分布.场点（1）电荷线密度（线分布）（2）电荷面密度（面分布）\n场点（3）电荷体密度(体分布)场点\n例1：书P9—10例题1自学例2（补充）：一对等量异号点电荷±q,其间距离（称为电偶极子）,求两电荷延长线上一点P1和中垂面上一点P2的场强.P1和P2到两电荷联线中点O的距离都是r.为解：（1）求P1点场强P1+qOx()-qr±q在P1点产生的场强分别为\n由叠加原理得（2）求P2点的场强由对称性分析可知,±q在P2点的场强大小一样,但方向不同,由叠加原理可得P2点的场强为\nxyrP2Ol而（y方向的效应互相抵消）\n故例3（补充）：一均匀带电直线,长度为L,总电荷为q,线外一点P离直线的垂直距离为a,P点和直线两端的连线与直线之间的夹角分别为（如图）,求P点的电场强度.\nyxOldlPra解：把整个电荷分布划分为许多极小的电荷元dq,先求出每一电荷元dq在P点产生的场强,然后由叠加原理得总场强由于是矢量,所以需选择适当的坐标系对进行分解,然后分别求出其分量的值.\n由图知dq在P点处产生的场强的大小为将沿坐标轴分解得由图知（统一变量）yxOldlPra\n∴将上两式积分得将场强写成矢量形式\n讨论①P点位于带电直线的中垂线（面）上,②带电直线无限长,\n③带电直线半无限长,在此两种情形下,总场强大小相等,方向不同.\n例4（补充）：计算均匀带电圆环轴线上任一给定点P处的场强.圆环半径为a,周长为L,圆环所带电荷为q,P点与环心的距离为x.xydl(dq)rxaOP解：将圆环分成许多电荷元dq,dq在P点处产生的场强大小为据对称性,各电荷元产生的总场强只有x方向的分量：\n同的值由于给定点P与所有各电荷元的距离r及夹角有相∴而∴的方向垂直于带电圆环所组成的平面,背离圆环.\n讨论(1)x>>a（点电荷电场强度）（2）（3）PzrOz例5：书上P13—14例题2记住两点结果非常重要！！\n无限大均匀带电平面的电场强度（点电荷电场强度）同一带电圆盘,当场点很远时可被看作点电荷,当场点在盘心附近时则可被看作无限大平面.\n例6（补充）：“无限大”均匀带电的两平行板,A板均匀带正电,面密度,B板均匀带负电,面密度,求均匀带电的两平行板之间的电场中各点的场强.AB解：由场强叠加原理而所以两板之间方向由正板指向负板.\n两块平行平板均匀地分别带有等值正负电荷时,在板面的线度远大于两板之间的距离时,则除边缘外,电场全部集中在两板之间而且是均匀的.在实验中,常利用均匀带电平行板产生匀强电场.习题：*1.3.8；1.3.9