大学物理第2版课件

6.2.1 电场线电场线 定义：定义：为了形象地描述电场中场强的分为了形象地描述电场中场强的分布情况，在电场中画出一系列假想的曲线，布情况，在电场中画出一系列假想的曲线，称之为电场线，并且规定：电场线上每一点称之为电场线，并且规定：电场线上每一点的切线方向与该点的电场强度方向平行，电的切线方向与该点的电场强度方向平行，电场线的疏密程度表示该点场强的大小场线的疏密程度表示该点场强的大小 几种常见电场的电场线几种常见电场的电场线 正电荷正电荷 负电荷负电荷 均匀电场均匀电场 平行板平行板 6.2.1 电场线电场线 定义：为了形象地描述电场定义：为了形象地描述电场电场线电场线 通通过过面面元元 的的电电场场线线数数 与与该该点点场场强强 的的大大小小关系关系 静电场的电场线性质静电场的电场线性质 （1 1）电电场场线线总总是是起起自自正正电电荷荷(或或来来自自无无穷穷远远处处)，止止于于负负电电荷荷（或或伸伸向向无无穷穷远远处处），在在无电荷处不中断；无电荷处不中断；（2 2）在在没没有有电电荷荷的的空空间间，任任何何两两条条电电力力线不会相交；线不会相交；（3 3）静电场的电场线不形成闭合曲线）静电场的电场线不形成闭合曲线电场线电场线 通过面元通过面元 的电场线数的电场线数 与与 定义：通过电场中任意给定面积的电场定义：通过电场中任意给定面积的电场线数叫做通过该面积的电场强度通量，简称线数叫做通过该面积的电场强度通量，简称电通量电通量 6.2.2 电场强度通量电场强度通量 1.1.均匀电场均匀电场，为为平面平面（1 1）当平面）当平面 与场强与场强 的方向垂直时，的方向垂直时，即即 与与 平行平行 定义：通过电场中任意给定面积的电场线数叫做通过该面积定义：通过电场中任意给定面积的电场线数叫做通过该面积（2 2）当平面）当平面 与场强与场强 的方向不垂直时，的方向不垂直时，即即 与与 不平行不平行 2.2.非均匀电场非均匀电场，为任意为任意曲面曲面（2）当平面）当平面 与场强与场强 的方向不垂直时，的方向不垂直时，即即 与与 不平不平 规定：从闭合曲面内规定：从闭合曲面内侧指向外侧为法向单位矢侧指向外侧为法向单位矢量量 的正方向的正方向 电场线穿出闭合曲面时，电场线穿出闭合曲面时，；有电场；有电场线穿入闭合曲面时，线穿入闭合曲面时，；如果穿出和穿入；如果穿出和穿入闭合曲面的电场线数目相等，则闭合曲面的电场线数目相等，则 3.3.任意任意电场电场，为为封闭曲面封闭曲面sdr 规定：从闭合曲面内侧指向外侧为法向单位矢量规定：从闭合曲面内侧指向外侧为法向单位矢量 的正方的正方6.2.3 高斯定理高斯定理 1.1.定理定理 （1 1）高斯定理中的电场强度）高斯定理中的电场强度 是指曲面是指曲面上各点的电场强度，它是由全部电荷（既包上各点的电场强度，它是由全部电荷（既包括闭合曲面内又包括闭合曲面外的电荷）共括闭合曲面内又包括闭合曲面外的电荷）共同产生的合场强，并非只由闭合曲面内的电同产生的合场强，并非只由闭合曲面内的电荷所产生；荷所产生；说明说明:6.2.3 高斯定理高斯定理 1.定理定理 （1）高斯定理中的电场强）高斯定理中的电场强 （2 2）通过闭合曲面的总电通量只决定于）通过闭合曲面的总电通量只决定于它所包围的电荷，即只有闭合曲面内部的电它所包围的电荷，即只有闭合曲面内部的电荷才对总电通量有贡献，闭合曲面外部的电荷才对总电通量有贡献，闭合曲面外部的电荷对总电通量无贡献荷对总电通量无贡献2 2.证明证明 （1 1）包围点电荷）包围点电荷 的的任意闭合曲面任意闭合曲面 的电通量的电通量为为 通过球面通过球面 的电通量的电通量 （2）通过闭合曲面的总电通量只决定于它所包围的电荷，即）通过闭合曲面的总电通量只决定于它所包围的电荷，即 由于电场线不会在没有电荷的地方中断，由于电场线不会在没有电荷的地方中断，因此，通过包围点电荷因此，通过包围点电荷 的任意闭合曲面的任意闭合曲面 的的电通量也等于电通量也等于 （2 2）通过不包围点电）通过不包围点电荷荷 的任意闭合曲面的任意闭合曲面 的的电通量必为零电通量必为零 由于电场线不会在没有电荷的地方中断，因此，通过包围点由于电场线不会在没有电荷的地方中断，因此，通过包围点 因为穿入曲面因为穿入曲面 的电场线数与穿出该曲面的电场线数与穿出该曲面的电场线数相等因此，通过整个闭合曲面的的电场线数相等因此，通过整个闭合曲面的电通量为零电通量为零 （3 3）当闭合曲面）当闭合曲面 内包围有多个点电荷时内包围有多个点电荷时 因为穿入曲面因为穿入曲面 的电场线数与穿出该曲面的电场线数相等的电场线数与穿出该曲面的电场线数相等6.2.4 高斯定理的应用高斯定理的应用 利用高斯定理求场强，只有场强分布应具利用高斯定理求场强，只有场强分布应具有特殊的对称性时才可求场强一般的情况下，有特殊的对称性时才可求场强一般的情况下，所建高斯面的法线方向应垂直或平行于场强方所建高斯面的法线方向应垂直或平行于场强方向向（1）时时 解解例例1 求均匀带电球壳内外的场强，设球壳带电求均匀带电球壳内外的场强，设球壳带电量为量为 （），半径为），半径为 取高斯面为通过空间任意一点取高斯面为通过空间任意一点 和球壳同和球壳同心的球面，由高斯面定理可得心的球面，由高斯面定理可得6.2.4 高斯定理的应用高斯定理的应用 利用高斯定理求场强利用高斯定理求场强 场场强强的的方方向向沿沿着着矢矢径径 的的方方向向用用矢矢量量的的形式表示形式表示 点的场强有点的场强有 场强的方向沿着矢径场强的方向沿着矢径 的方向用矢量的形式的方向用矢量的形式（2）时时 例例2 求无限长均匀带正电的直细棒的场强设求无限长均匀带正电的直细棒的场强设细棒上线电荷密度为细棒上线电荷密度为 取以细棒为轴线的圆柱面为高斯面，由高取以细棒为轴线的圆柱面为高斯面，由高斯面定理可得斯面定理可得 解解（2）时时 例例2 求无限长均匀带正电的求无限长均匀带正电的 场强的方向垂直于细棒向场强的方向垂直于细棒向外辐射外辐射 场强的方向垂直于细棒向外辐射场强的方向垂直于细棒向外辐射 例例3 求求无无限限大大均均匀匀带带正正电电平平面面的的场场强强分分布布已知带电平面上的电荷面密度为已知带电平面上的电荷面密度为 取一穿过平取一穿过平面且关于平面对面且关于平面对称的圆柱面为高称的圆柱面为高斯面斯面 解解左底面左底面右底面右底面侧面侧面例例3 求无限大均匀带正电平面的场强分布已知带电平面上的电求无限大均匀带正电平面的场强分布已知带电平面上的电特例：特例：设两无限大平面设两无限大平面1和和2的电荷面密度分别的电荷面密度分别为为和和12取正方向向右取正方向向右特例：特例：设两无限大平面设两无限大平面1和和2的电荷面密度分别为的电荷面密度分别为根据场强叠加原理可得根据场强叠加原理可得区域区域区域区域区域区域根据场强叠加原理可得根据场强叠加原理可得区域区域区域区域区域区域