07静电场习题课课件.pptx
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- 07 静电场 习题 课件
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1、1一、两个重要物理量一、两个重要物理量静电场小结静电场小结二、两个基本定理二、两个基本定理三、基本公式三、基本公式四、特殊公式四、特殊公式五、静电场中的导体五、静电场中的导体六、静电场中的电介质六、静电场中的电介质七、电场的能量七、电场的能量 2一、两个重要物理量一、两个重要物理量1. 电场强度电场强度0q/fE zuEyuExuEzyx 补补整整个个挖挖后后EEE 内内qsdES01 点电荷场强公式点电荷场强公式场强迭加原理场强迭加原理(2) 用结论公式迭加用结论公式迭加(球面、圆柱面)(球面、圆柱面)(5) 高斯定理高斯定理(4) 挖补法挖补法(3) 场强与电势微分关系场强与电势微分关系(
2、1) 积分法积分法32. 电势电势点电荷电势分布点电荷电势分布电势迭加原理电势迭加原理(2) 用结论公式迭加用结论公式迭加(球面、圆柱面)(球面、圆柱面)(3) 定义式定义式(1) 分割带电体直接积分法分割带电体直接积分法 电电势势零零点点aaldEu 电势零点电势零点aaldEu二、两个基本定理二、两个基本定理内内qsdES01 0 LldE1. 1. 高斯定理:高斯定理:2. 2. 环流定理:环流定理:4221041rqqf Eqf 三、基本公式三、基本公式1. 1. 电场力电场力(1) 库仑定律:库仑定律:(2) 点电荷在外电场中:点电荷在外电场中:(3) 任意带电体在外电场中:任意带电
3、体在外电场中:fdf 5(2) 任意一点电势:任意一点电势: babaldEqWW0 电电势势能能零零点点aaldEqW0 babaldEuu 电电势势零零点点aaldEu2. 2. 电势能电势能(1) 两点电势能差:两点电势能差:(2)任意一点电势能:任意一点电势能:3. 3. 电势电势(1) 两点电势差:两点电势差:6(3)(3)补成闭合曲面补成闭合曲面 baabldEqA)(baabuuqA 电电外外AA sesdE00 qsdEs ssssdEsdEsdE21 sesdE4. 4. 电场力作功电场力作功(1) (1) 一般公式一般公式(2) (2) 常用公式常用公式(3) (3) 外力
4、作功外力作功5. 5. 电通量电通量(1)(1)直接用公式直接用公式(2)(2)用高斯定理用高斯定理7204rqE )sin(sin4120 aEx)cos(cos4210 aEyLa1 2 p3. 无限长均匀带电直线:无限长均匀带电直线:rE02 2. 有限长均匀带电直线:有限长均匀带电直线:四、特殊公式四、特殊公式1. 点电荷:点电荷:rqu04 823220)(4RxqxE )1 (2220RxxE 6. 均匀带电圆环:均匀带电圆环:7. 均匀带电圆盘:均匀带电圆盘:4. 无限大均匀带电平面:无限大均匀带电平面:02 E5. 正负无限大均匀带电平面之间:正负无限大均匀带电平面之间:0 E
5、2204Rxqu xRxu 220298. 均匀带电球面:均匀带电球面: )(4)(020RrrqRrE )(4)(400RrrqRrRqu9. 均匀带电球体:均匀带电球体: )(4)(42030RrrqRrRqrE)(40Rrrqu 1010. 无限长均匀带电圆柱面:无限长均匀带电圆柱面: )( 2)(00RrrRrE11. 电偶极子:电偶极子:0 : F合合力力EPMe :合合力力矩矩电势:电势:304rrPu 11 (3)导体是等势体,导体表面是等势面。导体是等势体,导体表面是等势面。 1. 导体的静电平条件导体的静电平条件电场条件电场条件:(1)导体内的电场强度处处为零。导体内的电场强
6、度处处为零。(2)导体表面的电场强度垂直与导体表面。导体表面的电场强度垂直与导体表面。电势条件电势条件:实心带电导体实心带电导体-电荷只能分布在导体的表面上。电荷只能分布在导体的表面上。空腔带电导体空腔带电导体(腔内无电荷腔内无电荷)-电荷只能分布在导体外表面上。电荷只能分布在导体外表面上。空腔带电导体空腔带电导体(腔内有电荷腔内有电荷)-内表面带电与带电体等值异号。内表面带电与带电体等值异号。2. 带电导体的电荷分布带电导体的电荷分布五、静电场中的导体五、静电场中的导体3. 带电导体表面的场强带电导体表面的场强0E 12(1)(1)电荷守恒定律电荷守恒定律 (2)(2)静电平衡条件静电平衡条
7、件(3)(3)高斯定理高斯定理sQQsQQ2221322141 4.4.两导体板相互靠近直到静电平衡后电荷分布两导体板相互靠近直到静电平衡后电荷分布5.5.处理静电场中导体问题的基本依据处理静电场中导体问题的基本依据1. 介质中的电场介质中的电场r0EE 2. 介质中的高斯定律介质中的高斯定律 0DqSdD 六、静电场中的电介质六、静电场中的电介质与与介介质质种种类类无无关关 ED 133.导体的电容导体的电容 UQC 4.电容器的电容电容器的电容ABUQC dSC 平板CuEQAB 12214RRRRC 球球形形(1 1)定义)定义(2 2)计算方法)计算方法(3 3)三种常用电容器)三种常
8、用电容器ABRRlC/ln2 圆圆柱柱形形14(4 4)电容器连接方法)电容器连接方法nnnCCCCuuuuqqqq1111212121 电电容容关关系系电电压压关关系系电电量量关关系系 nnnCCCCqqqquuuu212121:电电容容关关系系电电量量关关系系电电压压关关系系并并联联串联串联ABQuw21CQw221 221ABCuw (5 5)电容器能量)电容器能量15七、电场的能量七、电场的能量 DEEe21212 (1)能量密度)能量密度(2) 匀强电场能量匀强电场能量dVEdVwVVe221 a: 任取体积元任取体积元dV b: 计算计算dV内能量内能量 c: 计算总能量计算总能量
9、dVEdVdwe221 (3) 非匀强电场能量非匀强电场能量Vwe )(均均匀匀内内EdV162012aQ 206aQ 203aQ 20aQ 1、在边长为、在边长为a的正方体中心处放置一电荷为的正方体中心处放置一电荷为Q的点电荷,则的点电荷,则正方体顶角处的电场强度的大小为:正方体顶角处的电场强度的大小为: (A) (B) (C) (D) 第八章选择题第八章选择题解:解:Q arEaaaar2321222 2020341aQrQE C17 P +q0 2、将一个试验电荷、将一个试验电荷q0 (正电荷正电荷)放在带有负电荷的大导放在带有负电荷的大导体附近体附近P点处点处(如图如图),测得它所受的
10、力为,测得它所受的力为F若考虑到若考虑到电荷电荷q0不是足够小,则不是足够小,则 (A) F / q0比比P点处原先的场强数值大点处原先的场强数值大 (B) F / q0比比P点处原先的场强数值小点处原先的场强数值小 (C) F / q0等于等于P点处原先场强的数值点处原先场强的数值 (D) F / q0与与P点处原先场强的数值哪个大无法确定点处原先场强的数值哪个大无法确定 解:解:A静电感应静电感应,电荷重新分配电荷重新分配18 O ? r/ 1 r R 3、图中所示曲线表示球对称或轴对称静电场的某一物理、图中所示曲线表示球对称或轴对称静电场的某一物理量随径向距离量随径向距离r变化的关系,请
11、指出该曲线可描述下列哪变化的关系,请指出该曲线可描述下列哪方面内容方面内容(E为电场强度的大小,为电场强度的大小,U为电势):为电势): (A)半径为半径为R的无限长均匀带电圆柱体电场的的无限长均匀带电圆柱体电场的Er关系关系 (B)半径为半径为R的无限长均匀带电圆柱面电场的的无限长均匀带电圆柱面电场的Er关系关系 (C) 半径为半径为R的均匀带正电球体电场的的均匀带正电球体电场的Ur关系关系 (D) 半径为半径为R的均匀带正电球面电场的的均匀带正电球面电场的U r关系关系 解:解:(A)(C、D)(B)0R内内E00R内内U00R内内E=0, R外外raE120 B1903 q04 q03
12、q06 q4、有一边长为、有一边长为a的正方形平面,在其中垂线上距中心的正方形平面,在其中垂线上距中心O点点a/2处,处,有一电荷为有一电荷为q的正点电荷,如图所示,则通过该平面的电场强的正点电荷,如图所示,则通过该平面的电场强度通量为度通量为 (A) (B) (C) (D) 解:解:o 以正方形为一面作正方体以正方形为一面作正方体 ,q在其中心。据对称性在其中心。据对称性 0661 qSdED206、两个同心均匀带电球面,半径分别为、两个同心均匀带电球面,半径分别为Ra和和Rb (RaRb), 所带电所带电荷分别为荷分别为Qa和和Qb设某点与球心相距设某点与球心相距r,当,当RarRb时,该
13、点的时,该点的电场强度的大小为:电场强度的大小为: 2041rQQba 2041rQQba 22041bbaRQrQ 2041rQa (A) (B) (C) (D) 解:解: 以以r为半径作高斯面为半径作高斯面 ,0024 aQqrESdE 2041rQEa D 5、已知一高斯面所包围的体积内电荷代数和、已知一高斯面所包围的体积内电荷代数和q0,则可肯定:,则可肯定: (A) 高斯面上各点场强均为零高斯面上各点场强均为零 (B) 穿过高斯面上每一面元的电场强度通量均为零穿过高斯面上每一面元的电场强度通量均为零 (C) 穿过整个高斯面的电场强度通量为零穿过整个高斯面的电场强度通量为零 (D) 以
14、上说法都不对以上说法都不对 解:解:00 qSdEC21Aq abcd024q C )(048q D )(012q B )(06q A )(7、如图:、如图: 一个电量为一个电量为 q 的点电荷位于的点电荷位于 立方体的立方体的 A 角上,则通过侧面角上,则通过侧面 abcd 的电度通量为:的电度通量为:Aq C如图作一立方体,使如图作一立方体,使q 位于其中心。则:位于其中心。则:00e24q4161q 解:解:22高斯定理:高斯定理: 内内)SqsdE(01 高斯面高斯面)R(E)R( 2024124 04 ECR2R 04EC )(02EB )(0EA )(08ED )(8、半径为、半径
15、为 R 的均匀带电球面,若其电荷面密度为的均匀带电球面,若其电荷面密度为 ,则在,则在 距离球面为距离球面为 R 处的电场强度大小为:处的电场强度大小为: 解:解:23aq04 aq08 aq04 aq08 a a +q P M 10、在点电荷、在点电荷+q的电场中,若取图中的电场中,若取图中P点点处为电势零点处为电势零点 , 则则M点的电势为点的电势为 (A) (B) (C)(D) 解:解:同第同第11题题,R=a, r=2aD2014rQ 20214rQQ 2024rQ 20124rQQ O P r Q1 Q2 9、如图所示,两个同心的均匀带电球面,内球面带、如图所示,两个同心的均匀带电球
16、面,内球面带电荷电荷Q1,外球面带电荷,外球面带电荷Q2,则在两球面之间、距离,则在两球面之间、距离球心为球心为r处的处的P点的场强大小点的场强大小E为:为: (A) (B) (C) (D) 解:解:同第同第6题题,Qa=Q1A24)()(R1r14qB0 r4qA0)()()(Rr4qC0 )()(r1R14qD0 11、在点电荷、在点电荷 q 的电场中,选取以的电场中,选取以 q 为中心,为中心,R 为半径的球面为半径的球面 上一点上一点 P 为电势零点,则与点电荷距离为为电势零点,则与点电荷距离为r的的 P 的点电势为:的点电势为:020rr4qE 电势的定义式:电势的定义式: PPrd
17、EU)(cosdrr4qRr20 )(R1r14q0 BPqRrP解:解:2512、如图所示,边长为、如图所示,边长为l的正方形,在其四个顶点上各的正方形,在其四个顶点上各放有等量的点电荷若正方形中心放有等量的点电荷若正方形中心O处的场强值和电势处的场强值和电势值都等于零,则:值都等于零,则: (A) 顶点顶点a、b、c、d处都是正电荷处都是正电荷 (B) 顶点顶点a、b处是正电荷,处是正电荷,c、d处是负电荷处是负电荷 (C) 顶点顶点a、c处是正电荷,处是正电荷,b、d处是负电荷处是负电荷 (D) 顶点顶点a、b、c、d处都是负电荷处都是负电荷 O c d b a 解:解:(A)(B)(C
18、)U0E0U=0,E=0C(D) U026Babcq q ml3 . 0cE E E0UUUc )(1000420mVlqEE )(cosmV10003E2Ec V 600U mV 2000E DV 600U mV 0010 E C /)(/)(0U 0E A )(0U mV 1000E B /)(13、边长为、边长为 0.3m 的正三角形的正三角形abc, 在顶点在顶点 a 处有一电量为处有一电量为10 8 C 的正点电荷,顶点的正点电荷,顶点 b 处有一电量为处有一电量为10 -8 C 的负电荷,则的负电荷,则 点点 c点处的电场强度点处的电场强度 E 和电势和电势 U 为:为:解:解:2
19、715、在边长为、在边长为a的正方体中心处放置一点电荷的正方体中心处放置一点电荷Q,设无穷远处为电,设无穷远处为电势零点,则在正方体顶角处的电势为:势零点,则在正方体顶角处的电势为: aQ034 aQ032 aQ06 aQ0 12(A) (B) (C) (D) 解:解:见第见第1题图题图aQrQUar00324,23 BrQU04 RQU04 204rQE rQU04 204rQE RQU04 O R r P Q 14、如图所示,半径为、如图所示,半径为R的均匀带电球面,总电的均匀带电球面,总电荷为荷为Q,设无穷远处的电势为零,则球内距离球,设无穷远处的电势为零,则球内距离球心为心为r的的P点
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