连续分布的电荷元电场强度的计算
2 电场强度
r
2) 方向：正电荷受力方向 ) 方向：
n n i =1 i =1
点电荷系的电场： E = ∑ Ei = ∑ 点电荷系的电场：
电荷连续分布 连续分布的 ◆ 电荷连续分布的电场**
基本思路： 基本思路：取 dq — 点电荷， 点电荷， dq 1 dq dE = r 3 4πε 0 r 1 dq
qi r 3 i 4πε 0 ri dE r . ？ P E=？ 1
xdy qx y E = ∫ dEx = ∫ = 2 2 3/ 2 −L/ 2 4 πε0L ( y + x ) 4πε0L x2 y2 + x2
+L/ 2
L
q
λ = −L/ 2 4πε0 x (L / 2)2 + x2
L/ 2
y +x L
λ L E= 4πε 0 x ( L / 2) 2 + x 2
整个右棒受到的电场力为积分
F = ∫ dF = ∫ dq′E ( x′) = ∫
2l 2l 3l 3l 3l 2l
λ 1 1 − λdx′ 4πε 0 x′ − l x′
λ2 (ln( x′ − l ) − ln x′) = 4πε 0
3l 2l
4 λ2 λ2 [ln(2l ) − ln l − ln(3l ) + ln(2l )] = ln = 4πε 0 4πε 0 3 END
σ σ σ x x E1 = E无限大 − E圆盘 = − (1 − )= 2ε 0 2ε 0 2ε 0 R 2 + x 2 R2 + x2
x x σ σ E2 = E大盘 − E小盘 = (1 − )− (1 − ) 2 2 2 2 2ε 0 2ε 0 R大 + x R小 + x = 1 1 σx ( − ） 2 2 2 2 2ε 0 R小 + x R大 + x
电场强度的几种计算方法
电场强度的几种求法一．公式法1．qF E =是电场强度的定义式：适用于任何电场，电场中某点的场强是确定值，其大小和方向与试探电荷无关，试探电荷q 充当“测量工具”的作用。
2．2r k Q E =是真空中点电荷电场强度的决定式，E 由场源电荷Q 和某点到场源电荷的距离r 决定。
3．dU E =是场强与电势差的关系式，只适用于匀强电场，注意式中的d 为两点间的距离在场强方向的投影。
二．对称叠加法当空间的电场由几个点电荷共同激发的时候，空间某点的电场强度等于每个点电荷单独存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和，其合成遵守矢量合成的平行四边形定则。
例：如图，带电量为+q 的点电荷与均匀带电。
例：如图，带电量为+q 的点电荷与均匀带电薄板相距为2d ，点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心，如图中a 点处的场强为零，求图中b 点处的场强多大例：一均匀带负电的半球壳，球心为O 点，AB 为其对称轴，平面L 垂直AB 把半球壳一分为二，L 与AB 相交于M 点，对称轴AB 上的N 点和M 点关于O 点对称。
已知一均匀带电球壳内部任一点的电场强度为零，点电荷q 在距离其为r 处的电势为r qk =ϕ。
假设左侧部分在M 点的电场强度为E 1，电势为1ϕ；右侧部分在M 点的电场强度为E 2，电势为2ϕ；整个半球壳在M 点的电场强度为E 3，在N 点的电场强度为E 4，下列说法中正确的是（ ）A ．若左右两部分的表面积相等，有E 1＞E 2，1ϕ＞2ϕB ．若左右两部分的表面积相等，有E 1＜E 2，1ϕ＜2ϕC ．只有左右两部分的表面积相等，才有E 1＞E 2，E 3=E 4D ．不论左右两部分的表面积是否相等，总有E 1＞E 2，E 3=E 4答案：D例：ab 是长为L 的均匀带电细杆，P1、P2是位于ab 所在直线上的两点，位置如图所示．ab 上电荷产生的静电场在P1处的场强大小为E 1，在P2处的场强大小为E2。
电场强度的几种计算方法
电场强度的几种求法一． 公式法1．qFE =是电场强度的定义式：适用于任何电场，电场中某点的场强是确定值，其大小和方向与试探电荷无关，试探电荷q 充当“测量工具”的作用 2．2rk QE =是真空中点电荷电场强度的决定式，E 由场源电荷Q 和某点到场源电荷的距离r 决定。
3．dUE =是场强与电势差的关系式，只适用于匀强电场，注意式中的d 为两点间的距离在场强方向的投影。
二．对称叠加法当空间的电场由几个点电荷共同激发的时候，空间某点的电场强度等于每个点电荷单独存在时所激发的电场在该点的场强的矢量和，其合成遵守矢量合成的平行四边形定则。
例：如图，带电量为+q 的点电荷与均匀带电。
例：如图，带电量为+q 的点电荷与均匀带电薄板相距为2d ，点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心，如图中a 点处的场强为零，求图中b 点处的场强多大？例：一均匀带负电的半球壳，球心为O 点，AB 为其对称轴，平面L 垂直AB 把半球壳一分为二，L 与AB 相交于M 点，对称轴AB 上的N 点和M 点关于O 点对称。
已知一均匀带电球壳内部任一点的电场强度为零，点电荷q 在距离其为r 处的电势为rqk=ϕ。
假设左侧部分在M 点的电场强度为E 1，电势为1ϕ；右侧部分在M 点的电场强度为E 2，电势为2ϕ；整个半球壳在M 点的电场强度为E 3，在N 点的电场强度为E 4，下列说法中正确的是（ ） A ．若左右两部分的表面积相等，有E 1＞E 2，1ϕ＞2ϕ B ．若左右两部分的表面积相等，有E 1＜E 2，1ϕ＜2ϕC ．只有左右两部分的表面积相等，才有E 1＞E 2，E 3=E 4D ．不论左右两部分的表面积是否相等，总有E 1＞E 2，E 3=E 4 答案：D例：ab 是长为L 的均匀带电细杆，P1、P2是位于ab 所在直线上的两点，位置如图所示．ab 上电荷产生的静电场在P1处的场强大小为E 1，在P2处的场强大小为E2。
电场与电势的电场强度计算
电场与电势的电场强度计算电场强度是描述电场强弱的物理量，是电力学的基本概念之一。
在电场中，带电粒子会受到电场力的作用，而电场强度则是描述这种力的大小和方向。
电场强度的计算涉及到库仑定律、电势、电场线等基本概念和公式。
本文将介绍如何计算电场强度，并给出一些相关的例题。
一、库仑定律库仑定律是描述点电荷之间相互作用的基本规律，它表明电场强度与距离的平方成反比。
库仑定律的数学表达式为：\[F = \frac{{k \cdot q_1 \cdot q_2}}{{r^2}}\]其中，F是电场力的大小，k是一个常数，q1和q2分别是两个电荷的大小，r是两个电荷之间的距离。
根据库仑定律，我们可以通过已知电场力的大小和两个电荷的大小来计算电场强度。
假设已知两个点电荷分别为q1和q2，它们之间的距离为r，且受到的电场力的大小为F。
那么我们可以得到以下关系：\[E = \frac{F}{q_0}\]其中，E是电场强度，q0是测试电荷的大小。
根据库仑定律的公式，我们可以将F代入上式中，得到电场强度的计算公式：\[E = \frac{{k \cdot q_1 \cdot q_2}}{{r^2 \cdot q_0}}\]这个公式描述了点电荷之间的电场强度。
二、电势和电场强度的关系电势是描述电场中某一点的势能大小的物理量，是电场力做功的势能单位。
电势的计算公式为：\[V = \frac{{k \cdot q}}{{r}}\]其中，V是电势，k是常数，q是电荷大小，r是与电荷产生电场力的地点之间的距离。
电场强度与电势之间有一定的关系。
根据电场力和势能之间的关系，我们可以得到以下公式：\[E = \dfrac{-dV}{dr}\]根据这个公式，我们可以通过求解电势函数的导数来计算给定位置处的电场强度。
这个方法在计算连续分布的电荷的电场强度时尤为有用。
三、电场强度的计算实例例1：求解均匀带电长直线的电场强度假设有一根长度为L、线密度为λ的均匀带电长直线。
大学物理笔记(6)电磁学(一)静电场
电荷体密度与电势关系
对于电荷体分布，可以取一小体积元，其电荷体密度为ρ， 则该体积元在距离r处产生的电势为dV=kρdV/r。电势ຫໍສະໝຸດ 与等势面概念及应用电势差定义
电势差是指电场中两点间电势的差值 ，用符号U表示，单位为伏特(V)。
种电荷相互吸引。
电场
电荷周围存在的一种特殊物质，对 放入其中的其他电荷有力的作用。
电场线
用来形象描述电场的曲线，电场线 上每点的切线方向表示该点的电场 强度方向，电场线的疏密程度反映 电场的强弱。
电场强度与电势
电场强度
描述电场强弱的物理量，用E表示 ，单位是牛/库仑（N/C）。电场 强度是矢量，方向与正电荷在该 点所受电场力方向相同。
电场强度
表示电场中某点的电场强弱 和方向的物理量，用E表示 。其方向与正电荷在该点所 受电场力的方向相同。
电势
描述电场中某点的电势能的 高低，用φ表示。电势差则 是两点间电势的差值，即电 压。
高斯定理
通过任意闭合曲面的电通量 等于该曲面内所包围的所有 电荷的代数和除以真空中的 介电常数。
常见误区及易错点提示
这种现象称为静电感应。
静电平衡
当导体内部电荷分布达到稳 定状态，即导体内部电场强 度为零时，称导体处于静电 平衡状态。此时，导体表面
电荷分布满足高斯定理。
屏蔽效应
处于静电平衡状态的导体， 其内部电场强度为零，因此 外部静电场对导体内部无影 响，这种特性称为屏蔽效应 。
介质在静电场中特性分析
01
电极化
05 静电场能量与能 量守恒定律探讨
静电场能量密度表达式推导
学习电场中电势与电场强度的计算
学习电场中电势与电场强度的计算电场是物理学中的一个重要概念，它描述了电荷受到的力和电势的分布情况。
在学习电场的过程中，我们需要掌握电势和电场强度的计算方法。
一、电势的计算电势是描述电荷周围电场状态的物理量，它是用来衡量电荷所具有的能量。
在电场中，电势的计算可以通过以下公式进行：V = k * Q / r其中，V表示电势，k表示库仑常数，Q表示电荷大小，r表示距离。
通过这个公式，我们可以计算出电荷点周围的电势大小。
需要注意的是，电势是一个标量量，它没有方向性。
因此，我们可以简单地将电势看作是一个点的属性，而不需要考虑具体的方向。
二、电场强度的计算电场强度是描述电荷周围电场状态的物理量，它是用来衡量电荷对其他电荷施加的力的大小。
在电场中，电场强度的计算可以通过以下公式进行：E = k * Q / r^2其中，E表示电场强度，k表示库仑常数，Q表示电荷大小，r表示距离。
通过这个公式，我们可以计算出电荷点周围的电场强度大小。
需要注意的是，电场强度是一个矢量量，它具有方向性。
因此，在计算电场强度时，我们需要考虑具体的方向。
三、电势与电场强度的关系电势和电场强度之间存在着一定的关系。
根据电场的定义，电场强度是电势在空间上的梯度。
也就是说，电场强度的方向是电势下降最快的方向。
具体来说，电场强度的方向是从高电势指向低电势的。
这是因为电势表示了单位正电荷在电场中所具有的能量，而电场强度表示了单位正电荷所受到的力。
因此，电势越高，电场强度越大。
在计算电场强度时，我们可以利用电势的概念。
根据电场强度的定义，我们可以将电场强度表示为电势的负梯度。
也就是说，电场强度的大小可以通过电势的变化率来计算。
四、电势与电场强度的应用电势和电场强度的计算方法在物理学中有着广泛的应用。
它们可以用来描述电荷之间的相互作用，解释电场中的运动规律，以及计算电场中的能量分布等。
例如，在电场中，电荷受到的力可以通过电场强度进行计算。
根据库仑定律，电荷之间的力与电场强度成正比。
电场强度
x >> r0
第九章 静电场
v v 1 2p 1 2r0 q v E= i = 3 4 π ε 0 x3 4π ε 0 x
9 - 3
电场强度
物理学教程 第二版） （第二版）
（2）电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度
v 1 q v E+ = e 2 + 4π ε0 r+ v 1 q v E = e 2 4π ε0 r
r E C
A ( a) B
r B E
C A (b ) B C r A E (c ) C A (d )
r E
B C A (e )
r E
B
r E
C A (f )
B
解：
1. (d)
2. (f)
3. (c)
(a)、(b)无法线方向分力，所以无法向加速度 、 无法线方向分力 无法线方向分力，
第九章 静电场
把一个点电荷（ 例1 把一个点电荷（ q = 62 × 10 C ）放在电 v v 6 场中某点处，该电荷受到的电场力为F = 3.2 × 10 i 场中某点处，v 6 + 1 .3 × 10 j N ，求该电荷所在处的电场强度 求该电荷所在处的电场强度. 解
v q F
x
第九章 静电场
9 - 3
电场强度
物理学教程 第二版） （第二版）
例2 电偶极子的电场强度 电偶极子的轴
v q 电偶极矩（电矩） 电偶极矩（电矩） p = qr0
讨论
v r0 v
v r0
v p +q
+
（1）电偶极子轴线延长线上一点的电场强度 ）
q
O
+q
r0 2 r0 2
§9.2电场 电场强度
一、电场
电场强度
1. 电荷周围存在一种特殊形态的物质，叫电场。 电 场 电 荷 电 荷
静电场：相对于观察者静止的电荷产生的电场。 2.静电场对外主要表现: （1）对场中的电荷有力的作用---电场力
（2）电荷在电场中移动时，电场力作功。说明电 场具有能量。
（3）使导体产生静电感应；使电介质产生电极化。 太原理工大学大学物理
1) E 由本身性质决定,与试验电荷q0无关；
说明:
4）若已知某点场强 E,则点电荷q在该点所受电场力
F qE
q 0, F与E同向 q 0, F与E反向
说明：计算F大小时， q
q0 F E F q0
E
太原理工大学大学物理
三、点电荷的场强 求点电荷q在空间任一点p产生的场强。 在p点（场点）放一试验电荷q0 ，由库仑定律可知
1 q E 4 π 0 r 2
0 q 0, E与r 同向(远离q而去) 方向 0 q 0, E与r 反向(指向q而来)
说明 1)计算E大小时，q ，方向另行判定。 2)在以点电荷为中心，r为半径的球面上各点E 大小相等，方向沿径向。点电荷电场具有球对 称性。 太原理工大学大学物理
讨论: 1）当 x x
i
R
时，
1 2
R2 x2 σ 1 R 2 σR 2 q 可得 E 1 1 2 2 2 圆盘点电荷 2ε0 2 x 4ε0 x 4πε0 x
2 2 1 R x
1 R2 ≈1 代入上式 2 2x
太原理工大学大学物理
2） 当 3） 当
R 时
x0时
E 2 0
圆盘“无限大” 均匀带电平面
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dE
=Leabharlann dq八------a 4n% R
R2
WaR 4n%R2 R
该体电荷产生的电场强度:
E= 1 4n&
o
PV dV' R2
例：设有一无限大的均匀带电平面，面电荷密度为Ps。 求：
距平面h高处的电场强度E。
解：根据题意，选取圆柱坐标系
面元：dS ' = r 'do'dr'
面元上的电荷量：曲=psr 'd^'dr' 从此电荷
连续分布的电荷源产生的电场
1. 线电荷分布 2. 面电荷分布 3. 体电荷分布
E
=
1 「Pi
4兀％丄
dr
‘ R2
E = 1 PS dS “ 4n% S' R2 a R
E = 丄］PVdV'
4n% ＞，R2 R
—pS—S d—S 八7 a
4n&oR 2 42&oR 2
该面电荷产生的电场强度:
1 PS dS'A
E= 4n%
S ' kR
3.体电荷分布:电荷在某空间体积内连续分布。
体电荷密度定义：单位体积内的电荷量。
PV
=
lim包
AV 项
dq dV
d V上所带的电荷量：dq = pV d V'
dq产生的电场强度:
心产生的电场强度：心寻&=&M
0
该线电荷产生的电场强度:
E = 丄为
4兀％丄’R2 R
2.面电荷分布：电荷沿空间曲面连续分布。
面电荷密度定义: 单位面积上的电荷量。
△q dq = lim =AsS△Sd顶S'
dS上所带的电荷量：dq = pS dS'
dq产生的电场强度:
dE
=
dq -----a
八
R=
2.2连续分布的电荷元电场强度的计算
1. 线电荷分布 2. 面电荷分布 3. 体电荷分布
□顾：
点电荷产生的电场中，其电场强度的计算
E=
q-
4n^R2 R
其中：aR是源电荷指向场点的方向。
1.线电荷分布：电荷沿某一曲线连续分布。
线电荷密度定义: 单位长度上的电荷量。
Pl刊罗今
dq
d/上所带的电荷量：dq = p&'
源到z轴上P点的距离矢量:
R = -rdr + haz rz
距离大小为：R = (r'2 + h2)1/2
。 根据面电E荷=分4布1兀产生-"PR的s、电场= 强S'度R2公4式nP%:s 勻
O2
n
r'd
'dr
分析：由于电荷分布的对称性，对称两个面 元
dS'上的电荷量是相同的，在R点产生的电 场强
度的径向分量相互抵消，P点的电场强
度只有乙方向叠加。
E=
Ps
4
02 n
_
n% 0
Ps
。
r 'h
[r '2 + h02s]d3//d2 r火a z
z\
[r '2 + h 2]1/2 az
4
nP%s az 2%
结论：无限大0 均匀带电平面产生的电场是均匀的，与距离h无关, 方
向为该平面的法线方向。
小结: