高校大学物理电场和电场强度课件

5.2电场和电场强度一个电荷的周围空间存在一种特殊物质——对另一个电荷有作用力。电场：能对静电荷产生作用力的空间电荷q1电荷q2电场E一、电场强度E描写电场性质（对电荷有作用力）的物理量。q0qEF场源电荷q，场点处检验电荷q0（电量和线度要足够小）在电场中受力F。1.定义：F0qE为什么要引入场？与试验电荷无关，只与…有关。单位：牛顿/库仑，N·C-1方向：正检验电荷在该点的受力方向。F0qE2.点电荷在外场中受的电场力：EqF3.一般带电体在外场中受的电场力：)(qqqEFF)(dd二、电场强度的计算1.点电荷Q的场强公式rerQqF204由库仑定律有首先，将试验点电荷q放置场点P处1)球对称qFE由场强定义qQrer讨论2)场强方向：正电荷受力方向rerQE204qreQ·r×2.场强叠加原理1）如果带电体由n个点电荷组成，如图iqqir根据电力叠加原理和场强定义由电力叠加原理nFFFF21由场强定义002010qqqqnFFFFE整理后得nEEEE21nii1ErqqerqEE20π4dd2）如果带电体电荷连续分布，如图把带电体看作是由许多个电荷元组成，然后利用场强叠加原理求解。体电荷密度VqddVdsqddsd面电荷密度lqddld线电荷密度电荷密度rEdPredqVq三、解题思路及应用举例1.建立坐标系。2.确定电荷密度:4.确定电荷元的场rerdqEd20415.求场强分量Ex、Ey。求总场22yxEEE,xxdEEyydEE体dq=dV,3.求电荷元电量：体,面,线面dq=dS,线dq=dl。例1.求电偶极子中垂线上任一点的场强【解】电偶极子模型：实际意义：分子(H+Cl-)rl具有相对意义。---rrlrqEEEoˆˆ2π422q,-q电偶极子：一对靠得很近的等量异号点电荷。EE-Errˆ-rˆq-qPlrl时--rrrqˆˆπ4203033π4π4π4rprlqrrrqoo----其中：qqllqp-：P称为电偶极矩---rrlrqEEEoˆˆ2π422解:dydqrerdqEd2041例2：均匀带电直线的电场强度。已知x,,,21xxEdEsindE取θ作积分变量sinxrdxdyxctgy2sin-sin420rdyxdEoyxxdyEdry12sinsinsin42220xdxydE21sin40dxEx21coscos-120sinsin4cos-xdEEy020yxExE无限长均匀带电直线，讨论半无限长均匀带电直线，xEEyx04E+E-PxPxE+2102021oxRq例3：均匀带电圆环半径为R，带电量为q,求：圆环轴线上一点的场强。xdqEd'EdxdE'ydEydE'xdEr'dq解：电荷元dq的场02041rErdqd由场对称性Ey=022yxEEExEoxRqxdqEd'EdxdE'ydEydE'xdEr'dqqxxdEEE0qdE0cosrxcoscos4cos41cos420020020rqdqrrdqEqq2/3220)(4RxqxE2/3220)(4RxqxE讨论1.环心处：x=0,E=02.当xR,32/322)(xRx2041xqE相当于点电荷的场。3.场强极大值位置：0dxdE令0)(42/3220RxqxdxdR22EoxR22-Rx22例4.利用带电量为q，半径为R的均匀带电圆环在其轴线上任一点的场强公式：232204xRqxE推导一半径为R、电荷面密度为的均匀带电圆盘在其轴线上任一点的场强，并进一步推导电荷面密度为的“无限大”均匀带电平面的场强。cos420rqE解：设盘心o点处为原点，x轴沿轴线方向，如图所示，在任意半径r处取一宽为dr的圆环，其电量232204xrdqxdE232202xrrdrxRxrrdrxdEE0232202pdEXRrdroRqxx22rxrPdrrdrdq2Rxrx022012-当R时，即为“无限大”带电平面。0022xExXRrdr-220112xRxx)00(xxxpdExqdd解：建坐标如图xdr例5P58-23长为l的均匀带电直线，电荷线密度为，求：如图所示P点的电场强度aPlox在坐标x处取一长度为dx的电荷元x电量为电荷元到场点P距离为r20π4rqEdd20π4xalx-dEd电荷元dx在P点的场强方向如图所示大小为xdraPloxx-lxalxEE020π4dd各电荷元在P点的场强方向一致场强大小直接相加EdxdraPloxx自解方向：导线延线山东科技大学济南校区干耀国设计制作