大学物理电场高斯定理
大学物理 高斯定理
引言概述：在大学物理中，高斯定理是一项重要的物理原理，它描述了电场和磁场的性质。
高斯定理由德国物理学家卡尔·弗里德里希·高斯于18世纪中叶提出，是电磁学的基础之一。
本文将介绍高斯定理的概念、原理及其在电场和磁场中的应用。
正文内容：1. 高斯定理的概念1.1 定义高斯定理是描述电场和磁场分布的一种数学工具，它通过计算电场或磁场通过一个闭合曲面（高斯面）的总通量来研究场的分布。
1.2 数学表达高斯定理可以用数学表达式表示为：∮E·dA = q/ε0，其中∮E·dA表示场在闭合曲面上的总通量，q表示闭合曲面内的电荷量，ε0为真空介电常数。
2. 高斯定理的原理2.1 高斯面的选择高斯定理中的高斯面是根据具体问题选择的，一般情况下我们选择对称性较高的闭合曲面，以简化计算。
2.2 电场线的特性高斯定理的基础是电场线的性质，电场线从正电荷流向负电荷，且与介质边界垂直，通过一个封闭曲面的电场线数目与该封闭曲面内的电荷量有关。
2.3 通量与电场强度高斯定理中的总通量与电场强度呈正相关关系，通过计算总通量可以得到闭合曲面内的电场强度大小。
3. 高斯定理在电场中的应用3.1 点电荷的场分布高斯定理可以用来研究点电荷周围的电场分布，通过选择以点电荷为中心的球面作为高斯面，可以计算出球面内外的电场强度大小。
3.2 均匀带电球壳的场分布对于均匀带电球壳，可以通过选择以球壳为中心的闭合曲面来计算球壳内外的电场分布，根据高斯定理可以得到球壳内外的电场强度大小。
4. 高斯定理在磁场中的应用4.1 磁场的总通量类似于电场，磁场也可以使用高斯定理来描述，通过计算磁场通过闭合曲面的总通量可以了解磁场的分布情况。
4.2 磁场的磁感应强度高斯定理在磁场中的应用可以得到磁场的磁感应强度大小，通过选择合适的闭合曲面，可以计算出曲面内外的磁感应强度。
5. 高斯定理的实际应用5.1 高斯定理在电容器中的应用电容器是电子器件中常见的元件，根据高斯定理，可以计算电容器两极板之间的电场强度，进而了解电容器的性能。
大学物理高斯定理
球对称分布：包括 均匀带电的球面， 球体和多层同心球 壳等
轴对称分布：包 括无限长均匀带 电的直线，圆柱 面大，学物圆理高柱斯壳定理等；
无限大平面电荷： 包括无限大的均 匀带电平面，平 板等。
步骤：
1.进行对称性分析，即由电荷分布的对称性，分 析场强分布的对称性，判断能否用高斯定理来求 电场强度的分布（常见的对称性有球对称性、轴 对称性、面对称性等）； 2.根据场强分布的特点，作适当的高斯面，要求：
静电场的性质与计算 6-3 电场线 高斯定理
大学物理高斯定理
6-3 电场线 高斯定理
一、电场线
1、定义
在电场中画一组带箭头的曲线,
这些曲线与电场强度 E 之间具有
E
以下关系:
①电场线上任一点的切线方向给出了该点电场 强度的方向；
②某点处电场线密度与该点电场强度的大小相 等。
大学物理高斯定理
电场线密度:经过电场中任一点， 作一面积元dS，并使它与该点的 场强垂直，若通过dS面的电场线 条数为dN，则电场线密度
大学物理高斯定理
高斯定理的应用
例1. 求球面半径为R,带电为q的均匀带电球面的电场的
空间分布。
解： 电场分布也应有球对称性，方向沿径向。
作同心且半径为r的高斯面.
S E dS
E 4r2
q
0
q
E 40 r 2
+ +
+ +
+
R
+
r
+q + +
+
rR时，高斯面无电荷，
E＝0
+
+
+++ +
大学物理高斯定理公式
大学物理高斯定理公式大学物理中的高斯定理公式是一种关于电场和电流分布的基本定律。
高斯定理可以用于描述物体电场和电流分布，同时可以用于计算一般电场和电流分布情况下的电容量和电侵蚀率。
这里介绍几种常用的高斯定理公式。
一、单点电荷的高斯定理公式通常情况，单一的常规的静电场的电荷分布是具有点特征的，此时只需要考虑一个点电荷的作用，可以根据高斯定理，给出点电荷产生的电场的表达式：$$E(r)=\frac{q}{4\pi \epsilon_0 r^2}$$其中，$E$ 是点电荷$q$所产生的电场，$\epsilon_0$是空气介电常数，$r$是测量点相较于点电荷的距离。
二、多点电荷组合的高斯定理公式当考虑多点电荷时，就没有简单地表达式了，首先根据高斯定理，给出多点电荷产生的电场的概念的表达式：$$E(r, t)=\sum\limits_{i=1}^n \frac{q_i}{4\pi \epsilon_0 r_i^2}$$其中，$E(r,t)$是测量点相较于多点电荷源的电场强度，$q_i$表示第i个点电荷，$\epsilon_0$是空气介电常数，$r_i$是测量点和第i个点电荷的距离，n表示点电荷的数量。
有时，我们可以使用梯度运算来分析多点电荷组合作用下的电场，即：$$\nabla E(r, t)=\sum\limits_{i=1}^n \frac{q_i \cdot \nabla r_i}{4\pi\epsilon_0 r_i^3}$$三、静电场介电体上的高斯定理公式静电场介电体的电场分布可以根据高斯定理给出：$$E(r, t)=\sum\limits_{i=1}^n \frac{q_i \cdot \nabla r_i}{4\pi \epsilon(r)r_i^2}$$其中，$E(r,t)$是测量点相较于多点电荷源的介电体静电场强度，$q_i$表示第i个点电荷，$\epsilon(r)$是介电体在多点电荷源处的介电常数，$r_i$是测量点和第i个点电荷的距离，n表示点电荷的数量。
大学物理高斯定理
第11章 静电场
11-4 高斯定理
2 点电荷在任意形状的高斯面内 通过球面 S 的电场线也必通 过任意曲面S‘ ，即它们的电 通量相等。 为 q / o
S'
S +
q E Φ E d dS e e SS o
第11章 静电场
11-4 高斯定理
3 电荷q在闭合曲面以外
0
dV E d S 若电荷连续分布，则为 e: E d S s V
0
第11章 静电场
11-4 高斯定理
讨论
1 闭合面内、外电荷 对
S
E 都有贡献
对电通量 E dS 的贡献有差别
只有闭合面内的电量对电通量有贡献 2 静电场性质的基本方程
非匀强电场
E
dS
en
Φ dΦ S E dS
第11章 静电场
11-4 高斯定理
讨论
1
dΦ E dS 的正、负取决于面元的法线方向与
电场强度方向的关系
如图所示： 若面元法向相反：
E dS 0
E dS ' 0
E
dS
dS '
第11章 静电场
11-4 高斯定理
11-4 高斯定理
描述电场的两种方法：电力线和电通量。 11.4.1 电场线 1 曲线上各点的切线方向都与该点处的场强方向一致 2 电场线密度
EP
dN E dS
第11章 静电场
EQ
Q
P
dN
dS
11-4 高斯定理
电场线的性质： 电场线起自于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷 远 ，没有电荷处不中断。 对于静电场不可能出现单一绕向的闭合电力线。 两条电场线不会相交，不能相切。
大学物理-电场强度通量,高斯定理
2
i
0
q
i
E 4πr 0
E 4 πr
2
q
E 0
0
E
q 4 π 0 r 2
例2 计算均匀带电球体的场强分布，q , R 解： 通量
q 4 πR 3 3
qi 2 Φe E dS E 4πr S 0
r<R r>R 电量
电量
4 3 q π r i 3
S S
n
E
曲面闭合时
Φe E dS E cos dS
S S
S
dS
注： E为dS处的电场强度
n E
例 三棱柱体放置在如图所示的匀强电 场中. 求通过此三棱柱体的电场强度通量. 解
Φe Φei
i 1
5
y
N
S1
P
S2
Φe1 Φe 2
2、高斯 (Gauss) 定理 （1） 证明: 略.书P166-168 （2 ）内容(书P168): 真空中 注:
1 Φe E dS
s
0
q
i 1
n
in i
①公式中S：高斯面(闭合曲面)
②穿过S面的电场强度通量e: 只由S面内的电荷决定
（如图中 q1、q2） ③ E : 面元 dS 处的场强 , 由所有电荷（面内、外电荷） 共同产生（如图中 q1、 q2 、 q3）
；
.
q 8 0
(3) 若将此电荷移到正方体的一 个顶点上，则通过整个 正方体表面的电场强度通量为
1 e E dS
s
0
q
大学物理电通量高斯定理
高斯定理的应用范围
在静电场中，高斯定理广泛应用 于电荷分布和电场关系的分析。
在恒定磁场中，高斯定理可以用 来分析磁通量与电流之间的关系
。
高斯定理是解决物理问题的重要 工具之一，尤其在计算电场分布 、求解电势、分析带电体的相互
作用等方面具有广泛应用。
02
电通量和高斯定理的关系来自 电通量的定义和性质总结词
大学物理电通量高斯定理
汇报人： 202X-01-04
contents
目录
• 高斯定理的概述 • 电通量和高斯定理的关系 • 高斯定理的证明 • 高斯定理的应用实例
01
高斯定理的概述
高斯定理的内容
总结了电荷分布与电场之间的关系， 指出在空间中任一封闭曲面内的电荷 量与该封闭曲面上的电场通量之间存 在正比关系。
利用电场线证明高斯定理
总结词：直观明了
详细描述：通过电场线的闭合曲线围成的面积的电通量与该闭合曲线所包围的电荷量的关系，证明高 斯定理。
利用高斯公式证明高斯定理
总结词：数学严谨
详细描述：利用高斯公式，将空间分成无数小的体积元，再通过求和得到整个空间的电场分布，从而证明高斯定理。
利用微积分证明高斯定理
详细描述
高斯定理是描述电通量与电荷分布关系的定理，它指出在任意闭合曲面内的电荷量等于该闭合曲面所包围的体积 内电场线的总条数。这个定理表明，电荷分布与电场线数之间存在一定的关系，即电荷分布影响电场线的分布。
电通量和高斯定理的推导过程
总结词
通过数学推导，我们可以证明高斯定理的正确性。首先，我们定义电场线密度为电场强 度与垂直于曲面的面积之比，然后利用微积分原理和格林公式，推导出高斯定理的表达
公式表达为：∮E·dS = 4πkQ，其中 ∮E·dS表示封闭曲面上的电场通量，Q 表示曲面内的电荷量。
大学物理常用公式电场磁场热力学
第四章 电 场一、常见带电体的场强、电势分布 1点电荷：2014q E r πε=04qU rπε=2均匀带电球面球面半径R 的电场：200()()4r R E qr R r πε≤⎧⎪=⎨>⎪⎩00()4()4qr R r U q r R R πεπε⎧>⎪⎪=⎨⎪≤⎪⎩3无限长均匀带电直线电荷线密度为λ:02E rλπε=,方向：垂直于带电直线; 4无限长均匀带电圆柱面电荷线密度为λ: 00()()2r R E r R rλπε≤⎧⎪=⎨>⎪⎩5无限大均匀带电平面电荷面密度为σ的电场:0/2E σε=,方向：垂直于平面; 二、静电场定理 1、高斯定理：0e Sq E dS φε=⋅=∑⎰静电场是有源场; q ∑指高斯面内所包含电量的代数和；E指高斯面上各处的电场强度,由高斯面内外的全部电荷产生；SE dS ⋅⎰指通过高斯面的电通量,由高斯面内的电荷决定;2、环路定理：0lE dl⋅=⎰ 静电场是保守场、电场力是保守力,可引入电势能三、求场强两种方法1、利用场强势叠加原理求场强 分离电荷系统：1ni i E E ==∑；连续电荷系统：E dE =⎰2、利用高斯定理求场强 四、求电势的两种方法1、利用电势叠加原理求电势 分离电荷系统：1nii U U==∑；连续电荷系统： U dU =⎰2、利用电势的定义求电势 rU E dl =⋅⎰电势零点五、应用点电荷受力：F qE = 电势差： bab a b aU U U E dr =-=⋅⎰a由a 到b六、导体周围的电场1、静电平衡的充要条件： 1、导体内的合场强为0,导体是一个等势体;2、导体表面的场强处处垂直于导体表面;E ⊥表表面;导体表面是等势面; 2、静电平衡时导体上电荷分布： 1实心导体： 净电荷都分布在导体外表面上; 2导体腔内无电荷： 电荷都分布在导体外表面,空腔内表面无电荷;3导体腔内有电荷+q,导体电量为Q ：静电平衡时,腔内表面有感应电荷-q,外表面有电荷Q ＋q;3n σε=七、电介质与电场 1、在外电场作用下,在外电场作用下,非极性分子电介质分子正、负电荷中心发生相对位移,产生位移极化； 极性分子电介质分子沿外电场偏转,产生取向极化; 2、—电介质介电常数,r ε—电介质相对介电常数;3、无介质时的公式将0ε换成ε或0ε上乘r ε,即为有电介质时的公式 八、电容131C 4、电容器的储能、电场的能量密度：21122e E D E ωε==⋅第五章 稳恒磁场一、常见电流磁场分布1、载流圆环圆心处磁场：3单位长度上匝数1/n d = d ：导线直径 二、磁场定理1、磁通量：通过某一面元dS 磁通：dS B S d B d m θφcos =⋅=m SB dS φ=⋅⎰⎰2、磁场的高斯定理：通过任意闭合曲面的磁通量为零： 0=⋅⎰⎰SS d B稳恒磁场是无源场3 稳恒磁场是一非保守场∑内I：闭合回路所包围的电流的代数和;I 的正负：由所取回路的方向按右手定则确定;B指回路上各处的磁感应强度,由回路内外的全部电流产生；环流⎰⋅ll d B只与回路内的电流有关;三、利用磁场叠加原理求B ： ,i iB B B dB ==∑⎰四、应用1、 洛伦兹力：B v q f ⨯= 当B v⊥时：粒子在均匀磁场中作匀速圆周运动：2/mv qvB mv R R qB =→= 2mT qBπ=2、 安培力：电流元受力： B l Id F d⨯= 一段载流导线受力：⎰⨯=LB l Id F若直导线上的B处处与导线垂直且相等,则安培力：F IBL =3磁矩m PN ：线圈匝数；I 为通过线圈的电流强度；S 为线圈的面积；n为线圈的法向单位矢量 五、磁场中的磁介质12、磁介质安培环路定理： ∑⎰=⋅0I l d H lH：磁场强度矢量μ：介质的磁导率;r μ：介质的相对磁导率r μμμ0=3、无介质时的公式将0μ换成μ或0μ上乘r μ,即为有磁介质时的公式 第六章 变化的电磁场一、法拉第电磁感应定律： 感应电流：1md I RR dtεΦ==-感应电量：R Idt q m ∆Φ-==⎰二、产生动生电动势的非静电力—洛仑兹力动生电动势计算：三、产生感生电动势的非静电力－感生电场力 四、感生电场的环流：m lS d BE dl dS dt tΦ∂⋅=-=-⋅∂⎰⎰感 感生电场是非保守场;无势能感生电场的通量：0SE dS ⋅=⎰感 感生电场是无源场;感生电场线是闭合曲线;五、磁场的能量1、自感磁能、线圈储存的能量六、麦克斯韦方程的积分形式dd Sd H dl I I I dtΦ⋅=+=+⎰磁场由传导电流和位移电流变化的电场激发位移电流的实质是时变电场,无电荷移动,无焦耳热 第十章 气体动理论及热力学一、理想气体的状态方程1玻尔兹曼常数/A k R N =；气体普适常数R；阿伏加德罗常数A N ；质量密度与分子数密度的关系：m 气体分子质量平均速率：方均根速率：p v v >>四、热力学第一定律 ：第一类永动机是不可能制成的; 五、非平衡过程：绝热自由膨胀过程气体体积增加一倍：熵增加0Q A ==120E T T ∴∆==11122122p V p V V V ==1212p p ∴=六、理想气体在各种平衡过程：七、循环过程 1、 循环一次：0=∆E ；A Q =净净=循环曲线围成图形面积 2、循环效率 1A Q Q Q η==-净放吸吸 3、卡诺循环效率：211T T η=-八、一切实际过程都是不可逆过程,只能沿着无序度增加熵增加的方向进行;0ds ≥仅对可逆过程取等号 可逆过程：无阻力的单摆,无摩擦的准静态过程 九、平均碰撞频率22Z d nv π=d ：分子有效直径 平均自由程：212v Z d nλπ==第十二章 量子物理一、光电方程 212m h mv A ν=+,c m eU mv =221,00hc h A νλ==二 、德布罗意假设2;hmc h p mv ενλ====德布罗意波长：hmv λ= 电子012.2A Uλ=德布罗意波是一种没有能量转移的概率波; 1927年戴维孙和革末用电子衍射实验证实实物粒子的波动性;四、不确定关系：x x P h ∆⋅∆=粒子的坐标和动量不能同时精确确定;五、2(,,,)x y z t ψ 就表示粒子在t 时刻在x,y,z 处单位体积内出现的概率 波函数的标准化条件：单值、有限、连续;波函数的归一化：21dv ψ=⎰六、玻尔理论：轨道角动量：2hL mvr nn π=== 跃迁假设：n k h E E ν=- 轨道半径：020.531,2,3...n r n A n ==,能级：213.61,2,3...n E eV n n=-=七、氢原子的量子力学处理：1、主量子数：12 3...(1)n n =-、、、角量子数：0123 (1)p dl n s =-、、、、、、磁量子数：012......l m l =±±±、、、 自旋磁量子数：s m =±1/22、核外电子分布遵从：泡利不相容原理；能量最低原理。
大学物理 —— 第四章2 电通量 电场中的高斯定理
E • ds
s
0 r
qi
当场源分布具有高度对称性时求场强分布
步骤：１.对称性分析，确定
E
的大小、方向分布特征
２.作高斯面，计算电通量及 qi
３.利用高斯定理求解
例1．均匀带电球面
已知R、 q>0 求均匀带电球面的场强分布
解: 对称性分析
E
具有球对称
❖ 作高斯面 过P点的球面
R
r
P
通量
rR
e
E1 • ds E1
ds E14 r 2
rR r
通量
e
E2 • ds E2
P
ds E24 r2
s
s1
电量
qi 0
s
电量
s2
qi q
用高斯定理求解
E1 4r 2 0
E2 4r 2
q
0
E1 0
E2
q
4 0r 2
课 球体
堂
练 计算均匀带电球体内外的场强分布，已知q,R
电通量 电场中的高斯定理
一．电场线（电场的图示法）
方向 ：切线
E 大小：E dN =电场线密度
Ea
Eb
b
dS Ec
c
E
a
dS
E
性质： 静电场中，
不闭合；不相交 起于正电荷、 止于负电荷。
E
点电荷的电场线
负电荷
正电荷
+
一对等量异号电荷的电场线 +
一对等量正点电荷的电场线
+
+
一对异号不等量点电荷的电场线
)
等于这个闭合
曲面所包围的电荷的代数和除以 0 ，与闭合曲面外 的电荷无关。
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(2) 库仑力满足牛顿第三定律；
F12
1 4πε0
q1q2 r2
rˆ21
(3) F电 F万 e.g. 两个粒子
m 6.64 1027 kg q 3.2 1019 C
F电 F万
kq2 / r 2 Gm2 / r 2
9 109 （3.2 1019 )2 6.67 1011 (6.64 1027 )2
E
2p
4πε0r3
例10.2 均匀带电细直棒，与棒垂直距离为 a 的P点的
场强。已知电荷线密度为，棒两端到P点的连线与X
轴的夹角分别为1和 2
dE dE
y
Y
dE x P
ar 1
解场：强建为立：坐解 标轴： d如E图, x41x+0ddrx2电qe荷r1元dλx产d生x的
2
dE xdE coθs4π0εr2 coθs
②改为均匀带电的半圆环，线电荷密度
为0，结果？
Y
O
X
[例] 均匀带电(Q)直线段延长线上一点的场强．
L O x x+dx
a X
p
解：建立坐标轴如图
xx+dx电荷元在P点产生的场强：
dE
dq
4 0r2
i
QL dx
40(Lax)2
i
P点的总场强：
E dE i4Q 0L0 L(Ld ax x)2
q2
q1
r2 q0 r1
F1
F2
10.2 静电场 电场强度
早期：电磁理论是超距作用理论 电荷
电荷
后来: 法拉第提出近距作用，并提出力线和场的概念
电荷 电场 电荷
一、电场 (electric field)
在任何电荷的周围，都存在一种特殊的物质——电场
电场——一种物质(场物质)
静电场——相对于观察者静止的电荷产生的电场
d q 电荷体 ： dq 分 dV 布 — — 电荷体
类似于质量密度
注意：在具体计算时，要化成标量积分，即先分 解，再积分。
例10.1 求电偶极子(electric dipole)的场强。
一对相距为l 的等量异号点电荷
若从电荷连线中点指向场点P的位矢为 r
P
当满足 r >> l 时，称之为电偶极子。 r
大学物理电场高斯定理
第三篇 电磁场
一.真空中的静电场
电场
二.导体和电介质中的静电场
电
三.真空中的恒定磁场(电生磁)
磁 磁场
场
四.磁介质中的磁场
五.法拉第电磁感应 (磁生电) 电磁场
六.麦克斯韦方程组
第 10 章
Electrostatic Field in Vacuum
10.1 电荷 库仑定律 一、电荷 (Electric charge) 1. 正负性－两种，同号相斥，异号相吸 2. 量子性---电荷量子化，是基本单元
二、库仑定律 (Coulomb`s Law)
库仑(1736 ~ 1806)
法国工程师、物理学家。
1777年开始研究静电和 磁力问题，发明扭秤。 1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂 的科学理论。1785--1789年，用扭秤测量静 电力和磁力，导出著名的库仑定律。
１、点电荷 ( Point Charge ) 在具带体电问体题之中间，电当力带定电量体研的究形比状较和困大小 难与,它需们要之考间虑的电距量离、相物比体可形以状忽、略物时体，大把 小仑带、 提电周出体围 点看介 电作质 荷点等 概电许 念荷多 。．因素。1785年库
(q)
(q)
三、电场强度的计算 1. 点电荷Q的场强
（场源点电荷Q在场点P产生的电场强度）
q Q rP r
首先，将试验点电荷q置于任意场点P处
由库仑定律有，F 再由场强定义
Qq 4 πε0Fr 2
E
rˆ
q
E
Q 4πε0r 2
rˆ
讨论 1)球对称分布
2)场强方向：正电荷受力方向, 径向
2. 任意带电体的场强
O dx
x
Ex dEx
X
r a
sin
dE ydE siθ n4π10ελrd2 xsiθ n
xactg
dx a d sin2
Ey dEy
dEx 40acosd dEy 40asind
ExdxE40a12cod s
40a(sin2sin1)
Ey dyE40a12sind
40a(co1scos2)
电场的宏观表现 • 对放入其内的任何电荷都有作用力 (电场强度) • 电场力对移动电荷作功（电势）
二、电场强度 Electric Field Strength
将试验电荷置于各场点处，测其受力
F
q
0
结果表明：在任一确定场点 F 比值与试验电荷无关
q
F
q0
q
2q 0
Q
0
3q 0
F 2F
3F
定义：
电场强度
E
1 4πε0
(R2
Qx x2 )3/2
E
1
4 0
(R2
Qx x2 )3/2
xˆ
[思考]
E
1
4 0
(R2
Qx x2 )3/2
xˆ
①环心(x=0)处场强？
若 x0, E0 —环心处场强为零
② x<0，结果？
③ xR ，结果？ 说明：点电荷模
E
Q
4 0 x2
i
Q
4 0r 2
型使用的条件 i ——点电荷的场强
1 [SI]: k
4 0
q1 rˆ12 r
q2
F21
两电荷同号时q2受力方向
08.851012F/m k 9 109 N m2/c2
真空中的介电常数 （电容率）
F21
1 4πε0
q1q2 r2
rˆ12
讨论：
F21
1 4πε0
q1q2 r2
rˆ12
(1) 库仑定律只适用于真空中的点电荷；
[思考] ①通过蓝红闭合曲面电力线数目相等吗? ②左右红闭合曲面电力线数目有区别吗?
③通过粉红闭合曲面电力线数目?
二、电通量electric flux
通过任意曲面的电场线条数叫通过该面的电通量
带电体由 n 个点
根据场强叠加原理和场强定义 电荷组成，如图
1）点电荷系的场强
qi
将试验点电荷q0置于任意场点P处
由电力叠 q
加原理 由场强定义
0
q
受合力 F
0 处总场强
in
Fi
i 1
F
E
E
Ei
或
q0
in E
qi
i
i1 4πε0
P
q0
in i1
ri2 rˆi
ri
Fi q0
dq
r
R
O
x
P dE //
X
由对称性分析知
r dE dE
dq
垂直x 轴的场强为0
EExx
由图：
dEx dEcos
cos x
r
Exdx EdE coθs Q
4πdεq0r2cosθ
1 4πε0
x dq r r2
dq Q dl 2π R
r R2x2
1
Qx 2πR dl
E4π0ε(R2x2)3/2 0 2πR
其特征物理量是电偶极矩
r
r
pql 方向：从-q→ +q q q
l
解 根据场强叠加原理：
E E E 4q0r2 r 4q0r2 r
电偶极子的场强：
E E E 4πq0r2 rˆ4πq0r2 rˆ
写成
E
q
4π0
rr3
rr3
形式
E
特殊情况：
EP
1）对中垂线上的各点 因电偶极子满足 r >> l ，得：
E r
q
rr
l q
r r r
q
E40r3
(r
r)
qpl 4πε0r 3
2）连线上，正电荷右侧任一点 P 的场强
r
rl , 2
r
rl 2
q E
4π0
rr3
rr3
q
l
q r
P
r
q[ 1
40 (rl)2
(r1l
]rˆ )2
4πq0ε(r22lr2l/4)2
2
2
r l
E
1 4πε0
2ql r3
E
F
试验电荷必须： 电量充分小
q
线度足够小
大小：等于单位正电荷在该点所受的电场力 方向：与正电荷在该点所受力的方向相同
单位： N/C ； V/m
讨论
定义：
电场强度
E
F
q
1) E E r E x y z
2) 矢量场
3) 点电荷在外场中受的电场力 FqE
一般带电体在外场中受力
FdFEdq
(1) x R, 无限大均匀带电平面，
E
σ
(2)xR , (1R 2/x2)1 211R 2
2ε0
E
R2 4 0 x 2
q
4 0 x 2
,
2x2
q R2
—点电荷场强
[例] 如图，带电圆环半径为 R，电荷线密度为 =0cos (0为一常量).求环心O点处的电场强度.
解：在圆环上任取电荷元 dq0cosdl一象限
+
一对等量正点电荷的电场线
+
+
一对不等量异号点电荷的电场线