大学物理教学课件第九章静电场VIP免费

大学物理教学课件第九章静电场contents目录•静电场基本概念•静电场中的电势能和电势差•静电场中导体和电介质特性•静电场边值问题求解方法•静电场应用举例•总结回顾与拓展延伸01静电场基本概念03电场线为了形象地描述电场，引入电场线的概念。电场线越密的地方，电场强度越大。01电荷电荷是物质的一种基本属性，分为正电荷和负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。02电场电荷周围空间存在电场，电场对放入其中的其他电荷有力的作用。电荷与电场电场强度描述电场的力的性质的物理量，其大小等于单位电荷在电场中受到的力。电势描述电场的能的性质的物理量，其大小等于单位正电荷从无穷远处移到该点电场力所做的功。等势面电势相等的各个点构成的面叫做等势面。沿着等势面移动电荷，电场力不做功。电场强度与电势导体内部存在大量自由电子，当导体处于静电场中时，自由电子受到电场力的作用发生移动，使得导体内部形成与外加电场方向相反的电场，从而削弱外加电场的作用。最终导体内部电场为零，达到静电平衡状态。静电场中的导体电介质是绝缘体，其内部存在束缚电荷。当电介质处于静电场中时，束缚电荷受到电场力的作用发生微小移动，形成电偶极子。电偶极子产生的附加电场与外加电场方向相反，从而削弱外加电场的作用。但与导体不同，电介质内部仍然存在一定强度的电场。静电场中的电介质静电场中的导体和电介质02静电场中的电势能和电势差电势能定义电荷在电场中具有的势能，与电荷量及所在位置的电势有关。电势能性质电势能具有相对性，与零电势点的选择有关。电势能计算$E_p=qvarphi$，其中$E_p$为电势能，$q$为电荷量，$varphi$为电势。电势能概念及计算电场中两点间电势的差值，即$U_{AB}=varphi_A-varphi_B$。电势差定义电势差是电势的差值，电势是相对的，而电势差是绝对的。电势与电势差关系电势差与路径无关，只与两点位置有关。电势差性质电势差与电势关系等势面定义电场中电势相等的各个点构成的面。等势面特点等势面与电场线垂直，且等势面上移动电荷时电场力不做功。电场线描绘电场线越密集的地方电场强度越强，电场线方向表示电场强度的方向。等势面及电场线描绘03静电场中导体和电介质特性静电感应01当导体置于静电场中时，其内部自由电子会受到电场力的作用而重新分布，使得导体两端分别出现正负电荷，这种现象称为静电感应。静电平衡02当导体内部电荷分布达到稳定状态，即没有电荷的定向移动时，称导体处于静电平衡状态。此时，导体内部电场强度为零，电荷只分布在导体的外表面。静电屏蔽03利用静电感应现象，可以将导体制作成屏蔽罩，将需要保护的区域与静电场隔离开来，实现静电屏蔽。导体在静电场中特性电介质在静电场作用下，其内部正负电荷中心发生相对位移，形成电偶极子，这种现象称为电介质极化。电介质极化电介质极化的机理主要有电子极化、原子极化和取向极化三种。其中，电子极化和原子极化发生在所有电介质中，而取向极化只发生在极性电介质中。极化机理描述电介质极化程度的物理量称为极化强度，它与电介质的性质、电场强度以及温度等因素有关。极化强度电介质极化现象及机理有电介质存在时高斯定理应用电位移矢量为了考虑电介质对电场的影响，引入电位移矢量的概念。电位移矢量等于电场强度与电介质中的介电常数的乘积。高斯定理在静电场中，通过任意闭合曲面的电通量等于该曲面内所包围电荷量的代数和除以真空中的介电常数。当电介质存在时，高斯定理仍然适用，但需要注意电介质对电场的影响。应用举例利用高斯定理可以求解有电介质存在时的电场分布、电势分布以及电荷分布等问题。例如，求解平行板电容器中的电场强度、电势差以及电荷分布等。04静电场边值问题求解方法镜像法的基本原理通过引入虚拟的“镜像”电荷，使得原边值问题转化为无界空间中的电荷分布问题，从而简化计算过程。镜像法的适用范围适用于具有对称性的边值问题，如无限大平面、球面等。镜像法的求解步骤确定镜像电荷的位置和电量，利用叠加原理求解原边值问题。镜像法求解边值问题分离变量法的适用范围适用于具有规则边界形状和齐次边界条件的边值问题。分离变量...