大学物理静电场教学
大学物理-电子教案第7章 静电场
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10
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通过曲面S 的总电通量 ⎰⎰⋅=Φ=ΦS S e e S d E d
S 为闭合曲面时 ⎰⋅=ΦS e S d E
无关，只与被球面所包围的电量q 有关
虚线表示等势面，实线表示电力线 二、场强与电势梯度的关系 电势与场强的积分关系：⎰⋅=零点
l d E U
，
求出场强分布后可由该式求得电势分布．
空腔内有带电体q时，空腔内表面感应电荷为-q，导体外表面感应电荷为静电屏蔽
）在导体内部有空腔时，空腔内的物体不受外电场的影响。
）接地的导体空腔，空腔内的带电物体的电场不影响外界。
三、有导体存在的静电场场强与电势的计算
有极分子电介质的极化：在外电场作用下分子偶极矩转向与外电场接近平行的方向，叫取向极化。
五、极化强度和极化电荷
极化强度P
)。
大学静电场教案
课时：2课时教学目标：1. 理解静电场的概念，掌握静电场的基本性质和规律。
2. 掌握电场强度、电势和电势能等基本物理量的定义和计算方法。
3. 能够运用静电场的基本知识解决实际问题。
教学重点：1. 静电场的概念和基本性质。
2. 电场强度、电势和电势能的计算方法。
教学难点：1. 电场强度、电势和电势能的物理意义及其应用。
2. 静电场中的电场线、等势面等概念的理解和应用。
教学过程：一、导入1. 回顾静电场的概念，引导学生思考静电场的产生原因和特点。
2. 介绍静电场在自然界和生活中的应用，激发学生的学习兴趣。
二、静电场的基本性质1. 讲解静电场的定义，引导学生理解静电场的概念。
2. 介绍静电场的基本性质，如电场线、电势、电势能等。
三、电场强度1. 讲解电场强度的定义，引导学生理解电场强度的物理意义。
2. 介绍电场强度的计算方法，如点电荷电场强度、均匀电场强度等。
3. 通过实例讲解电场强度的应用。
四、电势1. 讲解电势的定义，引导学生理解电势的物理意义。
2. 介绍电势的计算方法，如点电荷电势、均匀电场电势等。
3. 通过实例讲解电势的应用。
五、电势能1. 讲解电势能的定义，引导学生理解电势能的物理意义。
2. 介绍电势能的计算方法，如点电荷电势能、均匀电场电势能等。
3. 通过实例讲解电势能的应用。
六、静电场中的电场线与等势面1. 讲解电场线与等势面的概念，引导学生理解它们的物理意义。
2. 介绍电场线与等势面的绘制方法，如点电荷电场线与等势面、均匀电场线与等势面等。
3. 通过实例讲解电场线与等势面的应用。
七、课堂小结1. 回顾本节课所学内容，引导学生总结静电场的基本概念、性质和计算方法。
2. 强调电场强度、电势和电势能在实际问题中的应用。
八、课后作业1. 完成课后习题，巩固所学知识。
2. 查阅相关资料，了解静电场在实际生活中的应用。
教学反思：本节课通过讲解静电场的基本概念、性质和计算方法，引导学生理解静电场的物理意义和应用。
大学物理静电场教学课件
第十三章 真空中的静电场
库仑定律
定 义
电场强度
E
点电荷
章节简介
电势梯度 电场电势 U
电场强度的“功”
高斯定理
环路定理
本章引入电场的概念，定义并计算其两个重要物理量：电 场强度和电势。（课时数：共3讲，6学时）
大学物理
第一讲 电场强度及其积分叠加
主要内容：库仑定律，点电荷的场强（定义），场强叠加原理 重点要求：用叠加原理求电场强度 难点理解：化整为零，积零成整 数学方法：矢量积分与求和 典型示例：电偶极子，带电直线，带电圆盘 课外练习：思考题13.1，习题13.1，13.2，13.4，13.5
4 0
2
R
d
0
0
rdr
3
(x2 r2)2
2 0
1
x R2
x2
大学物理
思维空间： a. 靠近圆盘盘面的
情况。 b. 远离圆盘的情况。 c. 带电圆环的情况。 d. 带电扇面的情况 e. 矩形平面的情况。
大学物理
第二讲 高斯定理及其应用
主要内容：电通量，高斯定理 重点要求：用高斯原理求电场强度 难点理解：高斯面的选取 数学方法：通量不积分 典型示例：长直圆柱，无限平面，带电球体 课外练习：思考题13.8，习题13.6，13.7，13.8，13.10
(1) 定律中的E是曲面上的场强,它是由曲面内外所 有电荷共同产生的合场强。
(2) 等式右端的 q内仅仅包含曲面内的电荷。
大学物理
思维空间：
1.
静电场中任一闭合曲面
S
,
若有SE dS 0,
是否意味着E 0或S内无电荷?
大学物理_教案_静电场
课时：2课时教学目标：1. 让学生理解静电场的基本概念，掌握静电场的基本性质。
2. 使学生熟练运用库仑定律、电场叠加原理等基本公式，解决静电场中的实际问题。
3. 培养学生的逻辑思维能力和实验操作能力。
教学重点：1. 静电场的基本概念和性质。
2. 库仑定律、电场叠加原理的应用。
教学难点：1. 静电场中电势的计算。
2. 静电场中的电势能和能量守恒。
教学过程：一、导入新课1. 复习静电荷、电场、电势等基本概念。
2. 引出静电场的基本性质：静电场是保守场，有源场，无旋场。
二、讲授新课1. 静电场的基本概念：静电场是指电荷在静止时所激发的电场。
静电场具有以下基本性质：（1）静电场是保守场：静电场力做功只与始末位置有关，与路径无关。
（2）静电场是有源场：静电场的电场线起于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远。
（3）静电场是无旋场：静电场中沿任意闭合路径移动电荷，电场力所做的功都为零。
2. 库仑定律：描述两个点电荷之间的相互作用力。
公式为：F = k q1 q2 / r^2，其中，F为作用力，k为静电力常量，q1、q2为两点电荷的电荷量，r为两点电荷中心点连线的距离。
3. 电场叠加原理：多个电荷产生的电场，可以看作是各个电荷单独产生的电场的矢量和。
4. 静电场中的电势：电势是描述电场中某一点的电势能的物理量。
电势的计算公式为：V = W / q，其中，V为电势，W为电场力所做的功，q为电荷量。
5. 静电场中的电势能和能量守恒：静电场中的电势能等于电荷在电场中所具有的势能。
静电场中的能量守恒定律：静电场中的总能量等于静电场中的电势能。
三、课堂练习1. 计算两个点电荷之间的作用力。
2. 求解静电场中的电势。
3. 分析静电场中的电势能和能量守恒。
四、课堂小结1. 回顾静电场的基本概念和性质。
2. 强调库仑定律、电场叠加原理的应用。
3. 总结静电场中的电势能和能量守恒。
五、作业布置1. 复习本节课所学内容，完成课后习题。
大学物理静电场教案
课时：2课时教学目标：1. 理解并掌握库仑定律及其应用，能够计算两个点电荷之间的作用力。
2. 掌握电场叠加原理，并能利用其求解点电荷电场分布。
3. 理解并掌握电场强度和电势的概念，以及它们之间的关系。
4. 熟悉静电场中导体、绝缘介质等物理现象，并能解释相关现象。
教学重点：1. 库仑定律及其应用。
2. 电场叠加原理。
3. 电场强度和电势的概念及其关系。
教学难点：1. 电场叠加原理的应用。
2. 静电场中导体、绝缘介质等物理现象的理解。
教学准备：1. 多媒体课件。
2. 静电场实验器材。
3. 电荷板、电场线图等教学辅助工具。
教学过程：第一课时一、导入1. 通过生活中的实例，引导学生思考电荷、电场等基本概念。
2. 引出静电场的研究意义。
二、新课讲授1. 库仑定律及其应用- 介绍库仑定律的物理意义和数学表达式。
- 通过实例讲解库仑定律的应用，如计算两点电荷之间的作用力。
2. 电场叠加原理- 介绍电场叠加原理的物理意义。
- 通过实例讲解电场叠加原理的应用，如求解点电荷电场分布。
三、课堂练习1. 举例说明库仑定律的应用。
2. 利用电场叠加原理求解点电荷电场分布。
四、小结1. 总结本节课所学内容，强调库仑定律和电场叠加原理的重要性。
2. 提出课后思考题，引导学生进一步巩固所学知识。
第二课时一、导入1. 回顾上一节课的内容，引导学生思考电场强度和电势的概念。
2. 提出本节课的研究重点。
二、新课讲授1. 电场强度和电势的概念- 介绍电场强度和电势的定义、物理意义和数学表达式。
- 通过实例讲解电场强度和电势的关系，如电场强度与电势梯度的关系。
2. 静电场中导体、绝缘介质等物理现象- 介绍静电场中导体、绝缘介质等物理现象的原理。
- 通过实例讲解静电场中导体、绝缘介质等物理现象的应用。
三、课堂练习1. 举例说明电场强度和电势的关系。
2. 解释静电场中导体、绝缘介质等物理现象。
四、小结1. 总结本节课所学内容，强调电场强度和电势的概念及其应用。
大学物理静电场ppt课件
目录
• 静电场基本概念与性质 • 静电场中的电荷分布与电势 • 静电感应与电容器 • 静电场中的能量与动量 • 静电场与物质相互作用 • 总结回顾与拓展延伸
01
静电场基本概念与性质
电荷与电场
电荷的基本性质
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
电场的概念
电荷周围存在的一种特殊物质，它对放入其中 的其他电荷有力的作用。
典型问题解析
电荷在电场中的受力与运动
根据库仑定律和牛顿第二定律分析电 荷在电场中的受力与运动情况。
电场强度与电势的关系
通过电场强度与电势的微分关系，分 析电场强度与电势的变化规律。
电容器与电容
分析平行板电容器、圆柱形电容器等 典型电容器的电容、电量、电压等物 理量的关系。
静电场的能量
计算静电场中电荷系统的电势能、电 场能量等物理量，分析静电场的能量 转化与守恒问题。
某些晶体在受到外力作用时，内部产生电极化现象，从而在晶体表面产生电荷的现象。 压电效应具有可逆性，即外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态。
热电效应
温差引起的电荷分布和电流现象。包括塞贝克效应（温差产生电压）和帕尔贴效应（电 流产生温差）。
压电效应和热电效应的应用
在传感器、换能器、制冷技术等领域有广泛应用。
静电场能量密度及总能量计算
静电场能量密度定义
01
单位体积内静电场所具有的能量。
计算公式
02
能量密度 = 1/2 * 电场强度平方 * 电介质常数。
静电场总能量计算
03
对能量密度在整个空间进行积分。
带电粒子在静电场中运动规律
运动方程
根据牛顿第二定律和库仑定律建立带电粒子在静 电场中的运动方程。
大学物理课件静电场
有限差分法求解边值问题
有限差分法原理
将连续的空间离散化为网格，用差分方程近 似代替微分方程进行数值求解。
有限差分法的离散化方案
常见的离散化方案包括向前差分、向后差分 和中心差分等。
有限差分法的求解步骤
建立差分方程、确定边界条件、采用迭代法 或直接法求解差分方程得到近似解。
06 静电危害防护与 安全措施
连续分布电荷系统势能计算方法
通过积分求解连续分布电荷的势能，需考虑电荷分 布的空间范围和形状。
静电场能量密度和总能量
静电场能量密度定义
单位体积内静电场所具有的能量。
静电场能量密度计算公式
$w = frac{1}{2} varepsilon_0 E^2$，其中$varepsilon_0$为真空 介电常数，$E$为电场强度。
静电场总能量计算
通过对静电场能量密度在空间上的积分，可求得静电场的总能量。
能量守恒定律在静电场中应用
能量守恒定律表述
在一个孤立系统中，无论发生何种变化，系统的总能量保持不变。
静电场中能量转化与守恒
在静电场中，电荷的移动和电场的变化都会伴随着能量的转化，但 总能量保持不变。
应用实例
如电容器充放电过程中，电场能与电源提供的电能或其他形式的能 量相互转化，但总能量不变。
分离变量法的适用范围
适用于具有规则几何形状和简单边界条件的静电场问题。
格林函数法求解边值问题
1 2
格林函数法原理
利用格林函数表示点源产生的场，并通过叠加原 理求解任意源分布产生的场。
格林函数的性质 格林函数具有对称性、奇异性和边界条件等性质。
3
格林函数法的应用步骤 确定格林函数、将源分布表示为点源的叠加、利 用格林函数求解场分布。
大学物理教案静电场
课时：2课时教学目标：1. 理解电荷、电场和电势等基本概念；2. 掌握静电场的基本性质和规律；3. 能够运用静电场的相关公式进行计算；4. 培养学生分析问题、解决问题的能力。
教学重点：1. 静电场的基本性质和规律；2. 静电场的计算方法。
教学难点：1. 静电场中电势的计算；2. 静电场中的高斯定理和环路定理。
教学过程：第一课时一、导入1. 回顾电荷、电场和电势等基本概念；2. 引入静电场的研究背景和意义。
二、新课讲授1. 静电场的基本性质：（1）静电场是保守场，由静电场的环路定理体现；（2）静电场是有源场，由高斯定理体现；（3）静电场中电场线从正电荷发出，指向负电荷。
2. 静电场的基本规律：（1）库仑定律：描述两个静止点电荷之间的相互作用力；（2）电场强度定义式：描述电场在某一点的强度；（3）点电荷激发的电场强度：描述单个点电荷在某一点的电场强度；（4）电场强度叠加原理：描述多个电荷在某一点的电场强度。
三、课堂练习1. 根据库仑定律，计算两个点电荷之间的相互作用力；2. 根据电场强度定义式，计算电场在某一点的强度；3. 根据点电荷激发的电场强度，计算单个点电荷在某一点的电场强度。
四、小结1. 总结静电场的基本性质和规律；2. 强调静电场计算方法的重要性。
第二课时一、导入1. 回顾静电场的基本性质和规律；2. 引入静电场中的电势和电势差。
二、新课讲授1. 静电场中的电势：（1）电势的定义：描述电场中某一点的电势能；（2）电势的计算：根据电势的定义，计算电场中某一点的电势；（3）电势叠加原理：描述多个电荷在某一点的电势。
2. 静电场中的电势差：（1）电势差的定义：描述电场中两点之间的电势差；（2）电势差的计算：根据电势差的定义，计算电场中两点之间的电势差。
三、课堂练习1. 根据电势的定义，计算电场中某一点的电势；2. 根据电势叠加原理，计算多个电荷在某一点的电势；3. 根据电势差的定义，计算电场中两点之间的电势差。
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3
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2 0
1
x R2
x2
大学物理
思维空间： a. 靠近圆盘盘面的情
况。 b. 远离圆盘的情况。 c. 带电圆环的情况。 d. 带电扇面的情况 e. 矩形平面的情况。
15
大学物理
第二讲 高斯定理及其应用
主要内容：电通量，高斯定理 重点要求：用高斯原理求电场强度 难点理解：高斯面的选取 数学方法：通量不积分 典型示例：长直圆柱，无限平面，带电球体 课外练习：思考题13.8，习题13.6，13.7，13.8，13.10
16
一、电力线与电通量
1. 电力线：
（1） 电力线的定义： E 方向：电力线切向
大小：电力线密度
大学物理
主要内容
E
nˆ
E de
dS
（2） 电力线的性质： ① 电力线不会中断。
e ––– 通过面元 dS 的
电力线的条数.
② 电力线不会相交。（单值）
③ 电力线不会形成闭合曲线，它起始于正电荷终止于
（正、负、零）。
思维空间：a. 找出作用力与反作用力。 b. 总结实验规律－库仑定律。 c. 研究各种位置和电荷组合的作用力之大小和方4向。
大学物理
3. 力的叠加原理：一个点电荷对象所受力的矢量和。
n
F Fi
i 1
n i 1
1
4 0
q0qi r02i
r i
F
dF
1
4 0
q0dq r2
强大小。
思维空间：a. 正负电荷的电场。
b. 双电荷叠加电场的大小和方向。
c. 电场强度为零的点。
d. 电力线的疏密与场强大小的关系。
8
大学物理
四、电场强度的计算
典型示例
1. 电偶极子及其电场
E
n i 1
Ei
n i 1
1
4 0
Qi ri2
ri
E
E
E r
P r r
E E E
|
E
|
|
负电荷。
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大学物理
动画演示：点电荷的电场及其电力线
动画说明：
构架：单电荷
双电荷；
电量可改变：
（正、负、零）；
点击场空间查看场
强大小。
思维空间：a. 电力线的起止情况。
b. 电力线上的电场强度方向。
c. 零电场强度点的电力线。
d. 电力线的疏密与场强大小的关系。
18
2. 电通量：
电通量：通过 某一曲面的电力线 条数。
( c os1
cos2 )
Ey
Ld Ey
2 cos d 1 4 0a
4 0a
(s in 2
s in 1 )
E Ex i Ey j
思维空间：a. 直线延长线上和垂直平分线上的场强分布。
b. 半无限长和无限长的情况。
13
大学物理
3. 均匀带电圆盘及其轴线上的电场
典型示例
dr
ds d
E
F
q0
场强E ——[N/C],或者[V/m]
F
1
4
E
F
q0
Qq 0 r2
1
4 0
0 r
Q r2
r
4. 电场强度的物理意义：
电荷
电场
电荷 F q0E6
大学物理
三、电场强度叠加原理
重点要求
依据力的叠加原理，各电荷产生的电场之叠加。
n
F Fi i 1
n
E
F
Fi
i 1
n
Fi
大学物理
第十三章 真空中的静电场
库仑定律
定 义
电场强度
E
点电荷
章节简介
电势梯度 电场电势 U
电场强度的“功”
高斯定理
环路定理
本章引入电场的概念，定义并计算其两个重要物理量：电
场强度和电势。（课时数：共3讲，6学时）
1
大学物理
第一讲 电场强度及其积分叠加
主要内容：库仑定律，点电荷的场强（定义），场强叠加原理 重点要求：用叠加原理求电场强度 难点理解：化整为零，积零成整 数学方法：矢量积分与求和 典型示例：电偶极子，带电直线，带电圆盘 课外练习：思考题13.1，习题13.1，13.2，13.4，13.5
y
2
dy
y L
r 0a
E
dE
1
4 0
dq r2
r
P dEx x
dq = dy
1
dEy
dE
dE
1
4 0
dy
r2
10
大学物理
(1) 直接标量积分求和
E
dE
L 2
1
L 2
4
0
dy
a2 y2
常见错误
(2) 矢量积分求和：坐标分量的标量和。
难点理解
d Ex d E sin( ) d E sin
q0
q0
q i1 0
n
E Ei i 1
F
n i 1
Fi
n i 1
1
4 0
Qi q0 ri2
r i
E
n i 1
Ei
n i 1
1
4 0
Qi ri2
ri
E
dE
1
4 0
dq r2
r
7
大学物理
动画演示：点电荷的电场及其电力线
操作说明： 构架：单电荷 双电荷； 电量可改变：
（正、负、零）； 点击场空间查看场
r
o
a
P
x
a
ds'
| d E | | d E |
dE
x
dE
ds = rddr
dq = ds = rddr
d
E
d
4
q 0a2
rd 4
d
0a2
r
E 0 而 dE 0
d Ex
d E cos
r d dr 4 0a2
cos
14
cos x
a a2 x2 r2
d Ex
xr d d r
3
4 0 (x2 r 2 ) 2
2
大学物理
一、实验规律：库仑定律
主要内容
1. 点电荷：大小和形状可以忽略的带电体。 2. 点电荷间的相互作用：矢量表达的库仑定律。
F21
k
q1q2 r221
r 21
F
1
4 0
q1q2 r2
r0
F12
q1 r21
r1 r2
q2
F21
3
大学物理
动画演示：点电荷的相互作用
操作说明： 电荷可拖动； 电量可改变：
r
q1
F1
F02
q2
F
F01
q0 F03
q3
思维空间：a. 找出所研究的受力对象。 b. 积分求和的物理意义。 c. 矢量积分如何计算。
电量 q ——库仑[C] 力 F —— 牛顿[N]
5
二、性质抽象：电场及其电场强度
大学物理
1. 检验电荷：带电量很少的点电荷。
2. 空间性质：电场。
3. （点电荷的）电场强度定义：
E
|
1
4
0
r 2
q
l2 4
E E cos E cos
–q
+q
l
p
ql
1
ql
4 0
r 2
l2 4
3
2
9
大学物理
思维空间：a. 矢量求和：坐标分量分别求和。 b. 远离电偶极子的场强。 c. 电偶极子延长线上的场强分布。 d. 电偶极子产生的电力线。
2. 均匀带电直线及其电场
典型示例
d Ey d E cos( )
d E cos
11
大学物理
(3) 坐标变换
y actg( ) actg
d y acsc2 d
r 2 a2csc2
d
Ex
4 0a
s in
d
d
Ey
4 0a
cos
d
12
大学物理
(4) 合成场强
Ex
d
L
Ex
2 sin d 1 4 0a
4 0a