大学物理高斯定理课件-英文版.ppt
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- 大学物理 定理 课件 英文
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1、第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss LawA statement of the relationship between electric charge and electric field.1 Electric Flux2 Gausss Law3 Application of Gausss Law第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss LawNew Words and Expressionsflux 通量通量Gausss L
2、aw 高斯定理高斯定理gaussion surface 高斯面高斯面spherical 球面的球面的cylindrical 柱面的柱面的planar 平面的平面的第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law1.Electric Flux(通量通量)p487-489p487-489ESelectric flux The product of electric field and area of surface.ESE1)The cases that planes are in the uniform and the electric
3、 field direction is perpendicular to the surfaceE第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law2)The cases that planes are in the uniform but the area S in not perpendicular to EThe number of electric field line through both area of S and are equal,soSEScoseES 均匀电场均匀电场,与平面夹角与平面夹角EneSEeE第八章静电
4、场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law3)For nonuniform fields and curved surfaces we rewrite this definition of electric flux in differential form:E 非均匀电场强度电通量非均匀电场强度电通量 sSEdcosdeesSEdeSEddenddeSSSdEne(electric flux through a Gaussian surface)第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Ga
5、usss Law规定:规定:取闭合面外法线方取闭合面外法线方向为正向。向为正向。We define of S or of dS,to point outward from the enclosed volume.E0d,2e220d,2e11 为封闭曲面为封闭曲面S1dS2dS22E11E3)For the surfaces which is closedFlux leaving the volume is positive.Whereas flux entering the volume is negative.第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter
6、 20 Gausss LawSSSESEdcosde 闭合曲面的电场强度通量闭合曲面的电场强度通量SEddeESdESxyzEo例例:如图所示如图所示,有一个,有一个三棱柱体放置在电场强三棱柱体放置在电场强度度 的的1CN200iE匀强电场中匀强电场中.求通过此三求通过此三棱柱体的电场强度通量棱柱体的电场强度通量.第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss LawxyzEoPQRNM解解下右左后前eeeeee 下后前eee 0dsSE左左左左ESESsSEcosd enenene左右右右ESESsSEcosd e0 eeeeee下右左后
7、前第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss LawKarl Friedrich Gauss(1777-1835),German mathematician and physicist.He made a lot of contributions in the fields of experimental physics,theoretical physics and mathematics.He made major contributions to the theory of electromagnetism.3.Gauss Law
8、(P489-491)第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law1)Gausslaw for vacuum.The flux of the electric field through a closed surface of any shape equals to 1/0 times of the algebraic
9、sum of charges enclosed within the surface.niiSqSE10e1d 定理:在真空中定理:在真空中,通过任一通过任一闭合闭合曲面的电场强度通曲面的电场强度通量量,等于等于该曲面所包围的该曲面所包围的所有电荷的代数和除以所有电荷的代数和除以 .0(与(与面外面外电荷无关,闭合曲面称为高斯面)电荷无关,闭合曲面称为高斯面)0:permittivity of free space第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law1)The relation of the source of elect
10、ric filed and the field(反映反映场场和和源源 的关系的关系).niiSqSE10e1dDiscussion2)Where is the algebraic sum of all interior charges enclosed in the Gaussian surface.is not related to the way of distribution and outside charges.iq电通量只与面内电荷有关,与面外电荷无关。电通量只与面内电荷有关,与面外电荷无关。第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 G
11、ausss Law3)The quantity on the left side of above equation is the electric field resulting from all charges,both those inside and those outside the Gaussian surface.E 为高斯面上某点的场强,是由空间所有电荷产生为高斯面上某点的场强,是由空间所有电荷产生的,与面内面外电荷都有关。的,与面内面外电荷都有关。E5)It give a simple way to calculate the distribution of electric
12、 field for a given charge distribution with sufficient symmetry.4)Gausss Law and Coulombs law are equivalent(see P496).However,Gausss Law is hold for the produced by moving charges;Coulombs law is only true for electrostatic field.E第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law2)The derivati
13、on of Gausss Law(高斯定理的导出高斯定理的导出)高斯高斯定理定理库仑定律库仑定律电场强度叠加原理电场强度叠加原理+Sd 点电荷位于球面中心点电荷位于球面中心(a spherical surface enclosing a point charge at its center)20 4rqESSSrqSEd 4d20e0eq r第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law+点电荷在任意封闭曲面内点电荷在任意封闭曲面内(with irregular surface)1S2SThe same number of fiel
14、d lines pass through surface,as pass through the spherical surface .1S2S012ddqSESESS第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Lawq 点电荷在封闭曲面之外点电荷在封闭曲面之外2dS2E0dd111SE0dd222SE0dd21 0dSSE1dS1E第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law 由多个点电荷产生的电场由多个点电荷产生的电场21EEE SiiSSESEdde (外)内)iSi
15、iSiSESEdd(内)(内)(0e1diiiSiqSE0d(外)iSiSE1qiq2qsSdE第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss LawniiSqSE10e1d高斯定理高斯定理1 1)高斯面上的电场强度为高斯面上的电场强度为所有所有内外电荷的总电场强度内外电荷的总电场强度.4 4)仅高斯面仅高斯面内内的电荷对高斯面的电场强度的电荷对高斯面的电场强度通量通量有贡献有贡献.2 2)高斯面为封闭曲面高斯面为封闭曲面.5 5)静电场是静电场是有源场有源场.3 3)穿进高斯面的电场强度通量为正,穿出为负穿进高斯面的电场强度通量为正,穿出
16、为负.总总 结结第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law3)Applying Gauss Law(p491-495)a.场对称性分析。场对称性分析。b.选取高斯面。选取高斯面。d.应用定理列方程求解。应用定理列方程求解。0cosqEdSSc.确定面内电荷代数和确定面内电荷代数和q。计算步骤计算步骤:第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Lawb.高斯面要高斯面要经过所研究的场点经过所研究的场点。a.要求电场具有要求电场具有高度对称性高度对称性。c.高斯面应选取规则
17、形状。高斯面应选取规则形状。d.面上各点的面上各点的场强大小相等,方向与高斯面法线方向一致场强大小相等,方向与高斯面法线方向一致。0qdSES,/SdE1cosSdSqE0写成写成高斯面选取的原则高斯面选取的原则e.高斯面上某一部分各点的高斯面上某一部分各点的场强方向与高斯面法线方向场强方向与高斯面法线方向垂直,该部分的通量为垂直,该部分的通量为0。,SdE0cos第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Lawspherical symmetry1.Spherical shell of uniform charge 一半径为一半径为
18、 ,均匀带电均匀带电 的薄的薄球壳球壳.求球壳内外任意点的电场强求球壳内外任意点的电场强 度度.RQ+ORA thin spherical shell of radius R possesses a total net charge Q that is uniformly distributed on it.Determine the electric field at point(a)outside the shell,and(b)inside the shell.第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss LawSolution:+
19、ORr1Sr2sBecause the charge is distributed symmetrically,the electric field must also be symmetric.Thus the field must be directed radially outward or inward.We choose our imaginary gaussian surface to be a sphere of radius r concentric with the shell as a dashed circle the shell.第八章静电场第八章静电场Chapter
20、20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law+OR+OR0d1SSE0E02dQSESr1S20 4rQE02 4QEr(a)Rr 0Rr(b)r2s第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law1、均匀带电球面、均匀带电球面内部的场强处处为零内部的场强处处为零。2、均匀带电球面外面的场强分布正象球面上的电荷、均匀带电球面外面的场强分布正象球面上的电荷都集中在球心时所形成的一个都集中在球心时所形成的一个点电荷在该区的场强点电荷在该区的场强分布分布一样。一样。3、场强随距离的变化曲线、场强随距离的变化曲线-E-
21、r曲线如图。曲线如图。20 4RQrRoE讨论讨论0E20 4rQE第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law2.Solid sphere of charge.An electric q is distributed uniformly throughout a nonconducting sphere of radius R.Determine the electric field(a)outside the sphere and inside the sphere.半径半径 R、带电量为、带电量为 q 的均的均匀带电球体,计
22、算球体内、匀带电球体,计算球体内、外的电场强度。外的电场强度。+OR+第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law+OR+(a)(a).球体外部球体外部 r R作半径为作半径为 r 的球面;的球面;面内电荷代数和为面内电荷代数和为Qq球面上各点的场强球面上各点的场强 E E 大小相等,大小相等,方向与法线同向。方向与法线同向。1cos,/SdE,cos0qEdSS0qdSES024qrE2041rqE与点电荷的与点电荷的场相同。场相同。21rr2s第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 2
23、0 Gausss Law(b).球体内部球体内部 r R作半径为作半径为 r 的球面;的球面;面内电荷代数和为面内电荷代数和为333434rRqq1cosqRr33球面上各点的场强球面上各点的场强 E E 大小相等,方向与法线相同。大小相等,方向与法线相同。,/SdE+O+Rr1S第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss Law0cosqEdSS0qdSES30324RqrrErRqE3041oRqREor2041Rqr第八章静电场第八章静电场Chapter 20 Gausss LawChapter 20 Gausss LawCalc
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