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大学课件物理学：第五章静电场
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目录
静电场的基本概念
壹
电场的计算
贰
电势能和电势
叁
电容器
肆
静电场的应用
伍
壹
静电场的基本概念
电荷与电荷守恒
电荷守恒定律
电荷的定义
电荷是物质的一种基本属性，分为正电荷和负电荷，决定了物体间的电磁相互作用。
在任何封闭系统中，电荷的总量是守恒的，即电荷既不能被创造也不能被消灭。
电荷的量子化
电荷是量子化的，基本电荷单位是电子的电荷，约为1.602×10^-19库仑。
库仑定律
库仑定律指出，两点电荷间的作用力与它们的电荷量乘积成正比，与距离平方成反比。
力的计算公式
01
电荷间的作用力遵循同性相斥、异性相吸的原则，力的方向沿着两电荷的连线。
作用力的方向
02
电场强度
电场强度是描述电场强弱的物理量，定义为单位正电荷在电场中所受的力。
定义与公式
使用电场强度计可以测量特定点的电场强度，实验中常用平行板电容器进行标定。
电场强度的测量
电场线是电场强度的可视化表示，线密度越大，表示电场强度越强。
电场线的表示
电场线
电场线是表示电场方向和强度的假想线，从正电荷出发，指向负电荷。
电场线的定义
电场线不会相交，它们在空间中分布，直观地描述了电场的结构。
电场线的性质
电场线的密度表示电场强度的大小，密度越大，电场强度越强。
电场线的密度
通过电场线，可以直观地分析带电粒子在电场中的运动情况，如受力方向。
电场线的应用
贰
电场的计算
点电荷产生的电场
01
02
03
电场强度的定义
点电荷产生的电场强度与电荷量成正比，与距离平方成反比。
电场线的概念
电场线从正电荷出发，指向负电荷，表示电场的方向和强度。
电势能的计算
点电荷产生的电势能与电荷量和电场强度的乘积成正比。
多电荷系统的电场
电荷叠加原理
多个点电荷产生的电场强度等于各个电荷单独产生的电场强度的矢量和。
电场线的分布
高斯定律的应用
利用高斯定律可以简化对称性较强的多电荷系统电场的计算。
在多电荷系统中，电场线的分布复杂，可用来直观表示电场的方向和强度。
电势能的计算
多电荷系统中，任意点的电势能是各电荷在该点产生的电势能的代数和。
电场叠加原理
多个点电荷同时存在时，任一点的电场强度等于各点电荷单独存在时产生的电场强度矢量和。
点电荷产生的电场叠加
01
对于连续电荷分布，电场强度的计算需将电荷密度分布积分，得到电场强度的矢量和。
连续电荷分布的电场叠加
02
电场中的导体和介质
导体内部电场为零，自由电荷会重新分布，直到表面形成电荷层，内部电势差为零。
导体在电场中的性质
在导体和介质的交界处，电场线垂直于界面，电势连续，遵循边界条件。
导体和介质的边界效应
不同介质的介电常数不同，会影响电场线分布，介电常数越大，电场线越密集。
介质对电场的影响
01
02
03
叁
电势能和电势
电势能的概念
电势能是电荷在电场中由于其位置而具有的能量，与电荷量和电势差有关。
电势能的定义
01、
在静电复印机中，带电的墨粉粒子在电场中移动时，其电势能的变化是成像的关键。
电势能的应用实例
02、
电势的定义和计算
电势是描述电场中某点电势能的大小，是电势能与电荷量的比值。
电势的定义
01
电势差，也称电压，是单位正电荷在电场中从一点移动到另一点时电势能的变化量。
电势差的概念
02
点电荷产生的电势公式为V=kQ/r，其中V是电势，Q是电荷量，r是距离，k是库仑常数。
计算点电荷产生的电势
03
电势梯度即电场强度，电场强度是电势空间变化率的负值，反映了电场的强弱。
电势与电场强度的关系
04
等势面和电势差
等势面是电势相等的点构成的面，电场线垂直于等势面，且电势差为零。
等势面的定义与性质
电势差等于两点间电势的差值，通过电场强度和距离计算得出。
电势差的计算方法
在分析静电场问题时，等势面有助于直观理解电势分布，如在带电粒子运动路径分析中。
等势面在实际问题中的应用
电势与电场强度的关系
电势差是电场中两点间电势的差值，与电场强度成正比，与距离成反比。
电势差与电场强度的关系
电势梯度是电势随位置变化的率，它等于电场强度，表明电场强度是电势梯度的矢量。
电势梯度与电场强度的关系
肆
电容器
电容器的定义和作用
电容器是一种储存电荷的装置，由两个导电板和夹在中间的绝缘介质组成。
电容器的基本概念
电容器通过在两个导电板之间积累电荷来储存能量，其容量取决于板面积和介质的介电常数。
电容器的储能原理
电容器广泛应用于滤波、耦合、调谐和能量存储等电路功能，是电子设备不可或缺的组件。
电容器在电路中的应用
平行板电容器
平行板电容器由两个平行的导电板组成，板间充满绝缘介质，用于储存电荷。
电容器的基本概念
平行板电容器的电容C与板面积A成正比，与板间距离d成反比，公式为C=ε₀A/
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