物理 电磁学 第16讲 有导体存在时静电场量的计算

大学物理复习第四章知识点总结大学物理复习第四章知识点总结一．静电场：1.真空中的静电场库仑定律→电场强度→电场线→电通量→真空中的高斯定理qq⑴库仑定律公式：Fk122err适用范围：真空中静止的两个点电荷F⑵电场强度定义式：Eqo⑶电场线：是引入描述电场强度分布的曲线。

曲线上任一点的切线方向表示该点的场强方向，曲线疏密表示场强的大小。

静电场电场线性质:电场线起于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远，不闭合，在没有电荷的地方不中断，任意两条电场线不相交。

⑷电通量：通过任一闭合曲面S的电通量为eSdS方向为外法线方向1EdS⑸真空中的高斯定理：eSoEdSqi1int只能适用于高度对称性的问题：球对称、轴对称、面对称应用举例：球对称：0均匀带电的球面EQ4r20(rR)(rR)均匀带电的球体Qr40R3EQ240r(rR)(rR)轴对称：无限长均匀带电线E2or0(rR)无限长均匀带电圆柱面E(rR)20r面对称：无限大均匀带电平面EE⑹安培环路定理：dl0l2o★重点：电场强度、电势的计算电场强度的计算方法：①点电荷场强公式+场强叠加原理②高斯定理电势的计算方法：①电势的定义式②点电荷电势公式+电势叠加原理电势的定义式：UAAPEdl(UP0)B电势差的定义式：UABUAUBA电势能：WpqoPP0EdlEdl(WP00)2.有导体存在时的静电场导体静电平衡条件→导体静电平衡时电荷分布→空腔导体静电平衡时电荷分布⑴导体静电平衡条件:Ⅰ.导体内部处处场强为零,即为等势体。

Ⅱ.导体表面紧邻处的电场强度垂直于导体表面，即导体表面是等势面⑵导体静电平衡时电荷分布:在导体的表面⑶空腔导体静电平衡时电荷分布:Ⅰ.空腔无电荷时的分布：只分布在导体外表面上。

Ⅱ.空腔有电荷时的分布(空腔本身不带电，内部放一个带电量为q的点电荷)：静电平衡时，空腔内表面带-q电荷，空腔外表面带+q。

3.有电介质存在时的静电场⑴电场中放入相对介电常量为r电介质，电介质中的场强为：E⑵有电介质存在时的高斯定理：SDdSq0,intE0r各项同性的均匀介质D0rE⑶电容器内充满相对介电常量为r的电介质后，电容为CrC0★重点：静电场的能量计算①电容：②孤立导体的电容C4R电容器的电容公式C0QQUUU举例：平行板电容器C圆柱形电容器C4oR1R2os球形电容器CR2R1d2oLR2ln()R1Q211QUC(U)2③电容器储能公式We2C22④静电场的能量公式WewedVE2dVVV12二.静磁场：1.真空中的静磁场磁感应强度→磁感应线→磁通量→磁场的高斯定理⑴磁感应强度：大小BF方向：小磁针的N极指向的方向qvsin⑵磁感应线：是引入描述磁感应强度分布的曲线。

静电场的概念和计算方法静电场（Electrostatic Field）是指由于电荷的存在而产生的电场，其特征是电场强度恒定且不随时间变化。

静电场是电磁学的一个重要分支，具有广泛的应用领域，如电场感应、电介质性质研究、高压技术等。

本文将介绍静电场的概念、基本定律以及计算方法。

一、静电场的概念与特点静电场是由静电荷（即电荷在静止状态下的分布）所引起的电场。

在物质中，正、负电荷之间会相互吸引，同类电荷之间则互相排斥。

根据库仑定律，电荷间的作用力与距离的平方成反比，与电荷量的乘积成正比。

静电场具有以下特点：1. 电场强度：静电场在空间中的每一点都具有电场强度，用来描述电荷对单位正电荷所施加的力。

2. 电势：电荷在静电场中的能量状态，与电场强度有密切关系，是标量量。

电势的单位是伏特（V）。

3. 电势差：在两点之间的电势差等于从一个点到另一个点时单位正电荷所做的功。

电势差是标量量。

4. 等势面：在静电场中，与某个电荷距离相等的所有点构成一个曲面，该曲面上任何一点的电势相等。

二、静电场的基本定律1. 静电场的超定原理：在静电场中，只有N-1个独立的物理量（如电荷量、电场强度、电势等）决定N个物理量。

这是静电场基本定律之一。

2. 高斯定理：高斯定理是静电场的基本定律之一，它描述了电场流量与电场内电荷的关系。

高斯定理可以用来计算任意形状的静电场。

3. 波尔卡定律：波尔卡定律描述了电荷在静电场中的分布情况。

根据波尔卡定律，电荷主要存在于导体表面，且电场在导体内部为零。

4. 库仑定律：库仑定律描述了点电荷之间的电场强度和力的关系。

根据库仑定律，电场的大小与点电荷之间的距离成反比，与电荷量的乘积成正比。

三、静电场的计算方法1. 电荷分布：对于具有特定几何形状的电荷分布，可以利用积分的方法来计算电场强度和电势差。

常见的电荷分布形式包括均匀线电荷、均匀面电荷和均匀体电荷。

2. 高斯定理：对于具有对称性的电荷分布，可以利用高斯定理直接计算电场强度。

大学物理电磁学总结电磁学部分总结静电场部分第一部分：静电场的基本性质和规律电场是物质的一种存在形态，它同实物一样也具有能量、动量、质量等属性。

静电场的物质特性的外在表现是：(1)电场对位于其中的任何带电体都有电场力的作用(2)带电体在电场中运动, 电场力要作功——电场具有能量1、描述静电场性质的基本物理量是场强和电势，掌握定义及二者间的关系。

电场强度 E =q 0∞ W a 电势 U a ==E ⋅d rq 0a2、反映静电场基本性质的两条定理是高斯定理和环路定理Φe =E ⋅d S =ε0∑qL E ⋅d r =0要掌握各个定理的内容，所揭示的静电场的性质，明确定理中各个物理量的含义及影响各个量的因素。

重点是高斯定理的理解和应用。

3、应用(1)、电场强度的计算1q E =r 02a) 、由点电荷场强公式 4πεr 及场强叠加原理 E = ∑ E 计i 0算场强一、离散分布的点电荷系的场强1q i E =∑E i =∑r 2i 0i i 4πεr 0i二、连续分布带电体的场强 d q E =⎰d E =⎰r 204πε0r其中，重点掌握电荷呈线分布的带电体问题b) 、由静电场中的高斯定理计算场源分布具有高度对称性的带电体的场强分布一般诸如球对称分布、轴对称分布和面对称分布，步骤及例题详见课堂笔记。

还有可能结合电势的计算一起进行。

c) 、由场强和电势梯度之间的关系来计算场强（适用于电势容易计算或电势分布已知的情形），掌握作业及课堂练习的类型即可。

（2）、电通量的计算a) 、均匀电场中S 与电场强度方向垂直b) 、均匀电场，S 法线方向与电场强度方向成θ角E =-gradU =-∇U∂U ∂U ∂U =-(i +j +k )∂x ∂y ∂zc) 、由高斯定理求某些电通量（3）、电势的计算a) 、场强积分法（定义法）——计算U P =⎰E ⋅d rb) 、电势叠加法——q i ⎰电势叠加原理计算⎰∑U i =∑4πεr⎰0iU =⎰dq ⎰dU =⎰⎰⎰4πε0r ⎰第二部分：静电场中的导体和电介质一、导体的静电平衡状态和条件导体内部和表面都没有电荷作宏观定向运动的状态称为静电平衡状态。

静电场的实验测量与计算在物理学领域，静电场是一种指不随时间变化而存在的电场。

为了准确地研究静电场，实验测量与计算是必要的。

本文将介绍如何进行静电场的实验测量与计算。

1. 实验测量首先我们需要测量静电场的大小，可以通过以下方法实现：（1）使用静电感应法：在一个有电荷的物体附近放置一个带有感应电荷的测试物体，通过测量感应电荷的大小来确定静电场的大小。

（2）使用电场计：电场计是一种测量静电场的仪器，通过测量被测试物体周围的电场强度来确定静电场的大小。

（3）使用电势计：电势计可以将电场的大小转换为电势差，通过测量电势差来确定静电场的大小。

当我们确定了静电场的大小之后，还需要测量它的分布情况。

可以通过在静电场中布置探头来测量不同位置的电场强度，并绘制出电场线来观察电场的分布情况。

2. 计算静电场在实验测量之后，我们可以通过计算公式来计算静电场的大小。

对于一个点电荷，它产生的电场强度可以通过库仑定律计算：E = kq/r^2其中，E表示电场强度，k为库仑常数，约为9×10^9 N·m^2/C^2，q 为点电荷电量，r为距离点电荷的距离。

对于多个点电荷的情况，可以使用叠加原理来计算静电场的大小。

叠加原理指出，多个点电荷所产生的电场强度在空间中可以简单地叠加。

在计算静电场的时候，还需要考虑电势差。

在静电场中，电势差可以通过以下公式计算：V = kq/r其中，V表示电势差，k为库仑常数，q为电荷电量，r为距离电荷的距离。

如果已知电势差，可以使用以下公式计算电场强度：E = -dV/dr其中，E表示电场强度，dV/dr表示电势差随距离的变化率。

3. 应用静电场的实验测量与计算在许多领域中都有重要的应用。

在电力工程中，计算静电场可以帮助我们设计电力线路和变压器等设备；在电子工程中，了解静电场的特性可以帮助我们设计静电电感和静电电容等元件。

此外，静电场还具有生物医学应用。

在医学设备中，电场可以被用来诊断和治疗神经系统疾病，比如控制疼痛和帕金森症等。

静电场定义由静止电荷(相对于观察者静止的电荷)激发的电场。

静电场性质根据静电场的高斯定理：静电场的电场线起于正电荷或无穷远,终止于负电荷或无穷远，故静电场是有源场．从安培环路定理来说它是一个无旋场．根据环量定理，静电场中环量恒等于零,表明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，因此静电场是保守场．根据库仑定律，两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，即F=（k·q1q2）/r²;,其中q1、q2为两电荷的电荷量（不计正负性）、k为静电力常量，约为9.0e+09（牛顿·米²）/（库伦²;），r为两电荷中心点连线的距离。

注意，点电荷是不考虑其尺寸、形状和电荷分布情况的带电体。

是实际带电体的理想化模型。

当带电体的距离比它们的大小大得多时，带电体的形状和大小可以忽略不计的点电荷。

静电场的泊松方程由于静电场是无旋场,故可用标量电位φ表征静电场（见电位）。

电位与电场强度的关系是式中Q点为电位参考点，可选在无穷远处；P点为观察点。

上式的微分形式为电场强度等于电位的负梯度，即E=-墷φ在ε为常数的区域，式中墷·墷可记作墷2，在直角坐标中分别为一阶与二阶微分算符。

这样,可得电位φ所满足的微分方程称为泊松方程。

如果观察点处自由电荷密度ρ为0，则墷2φ=0称为拉普拉斯方程。

泊松方程和拉普拉斯方程描述了静电场空间分布的规律性。

可以证明，当已知ρ、ε及边界条件时，泊松方程或拉普拉斯方程的解是惟一的，可以设法求解电位φ，再求出场中各处的E。

静电场知识点一、库仑定律①元电荷：元电荷是指最小的电荷量，用e表示，大小为②库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。

表达式：，其中静电力常量二、电场①电场的产生：电荷的周围存在着电场，产生电场的电荷叫做源电荷。

I=qvns小结：静电平衡导体上的电荷分布1、在静电平衡下，导体所带的电荷只能分布在导体的表面，导体内部没有净电荷。

E不是仅仅σ产生的，E是由总电荷产生的。

3、静电平衡下的孤立导体，其表面处面电荷密度σ与该表面曲率有关，曲率（1/R）越大的地方电荷密度也越大，曲率越小的地方电荷密度也小。

小结：静电平衡时导体中的电场特性1.导体内部的场强处处为零。

导体表面的电场强度垂直于导体表面.2.导体内部和导体表面处处电势相等，整个导体是个等势体，导体表面是等势面。

空腔内没有带电体时,空腔内表面上无面电荷,导体所带电荷全部分布在导体外表面；导体内及腔内空间的场强处处为０；导体及空腔为一等势区。

空腔内有带电体q , 则腔内表面带电量为-q ,外表面带电量为Q+q 。

当腔外的电荷分布及电场改变时,腔内的电场并不改变.可见,腔内电场不受腔外电荷和电场的影响,只由腔内电荷及导体内表面上的电荷决定。

四、有导体存在时静电场的分析与计算1. 静电平衡的条件内部电场强度为零，或者表面是一个等势面，整个导体是一个等势体。

2.静电场基本性质方程 高斯定理，闭合环路定理。

3.电荷守恒定理4. 电场线起于正电荷、止于负电荷,指向电势降低.内 E计算有导体存在时的静电场分布问题的基本依据 静电平衡条件，电荷守恒，高斯定律，电势概念0Sd q S D =⋅⎰⎰1、介质中的高斯定理普遍成立于一切电磁场中2、真空中的高斯定理 ，0d ε∑⎰⎰=⋅i i S q S E是 1=rε时的特例5．三者的关系:P E D+=0ε是普适的！各向同性线性介质：EE D rεεε==06、电位移线起始于正自由电荷终止于负自由荷。

与束缚电荷无关！磁场中的高斯定理：穿过闭合曲面的磁通量为零！ 磁场中的高斯定理阐明了磁场的性质：P E D,,•磁场是无源场，磁力线为闭合曲线，磁场是涡旋场.磁场与电场有本质的区别，电场是有源场,电力线是发散的。

电场是发散场。

高中物理静电场与电场力的计算方法静电场和电场力是高中物理中重要的概念和计算题型。

本文将详细介绍静电场和电场力的计算方法，并通过具体题目的举例，说明其考点和解题技巧。

一、静电场的计算方法静电场是指电荷周围的电场，可以通过电场强度来描述。

电场强度的计算方法如下：1. 对于点电荷：点电荷产生的电场强度与距离的关系由库仑定律给出，即E = kQ/r^2，其中E表示电场强度，k为电场常量，Q为电荷量，r为距离。

2. 对于均匀带电球壳：带电球壳产生的电场强度在球壳外部是与距离成反比的，即E = kQ/r^2，其中E表示电场强度，k为电场常量，Q为球壳上的总电荷量，r为距离。

3. 对于均匀带电平板：带电平板产生的电场强度在平板两侧是均匀的，大小为E = σ/2ε0，其中E表示电场强度，σ为平板上的电荷面密度，ε0为真空介电常数。

通过以上计算方法，可以求解不同情况下的电场强度，进而帮助解决与电场相关的问题。

二、电场力的计算方法电场力是电荷在电场中受到的力，可以通过库仑定律来计算。

电场力的计算方法如下：1. 对于点电荷：电荷在电场中受到的电场力与电场强度和电荷量的乘积成正比，即F = qE，其中F表示电场力，q为电荷量，E为电场强度。

2. 对于带电球壳：电荷在带电球壳电场中受到的电场力为零。

这是因为带电球壳内部的电场强度为零，所以电荷在球壳内部不受力。

3. 对于带电平板：电荷在带电平板电场中受到的电场力与电荷量和电场强度的乘积成正比，即F = qE，其中F表示电场力，q为电荷量，E为电场强度。

通过以上计算方法，可以求解不同情况下电荷在电场中受到的电场力，进而帮助解决与电场力相关的问题。

三、题目举例及解析1. 题目：一个点电荷Q在距离它r的地方产生的电场强度大小为E，求点电荷Q的电荷量。

解析：根据电场强度的计算方法E = kQ/r^2，可以求解出点电荷Q的电荷量。

2. 题目：一个带有电荷量Q的均匀带电球壳半径为R，求球壳外某点的电场强度。

物理静电场公式总结1. 静电力公式静电力是由带电物体之间相互作用产生的力。

根据库仑定律，两个带电物体之间的静电力可以通过以下公式计算：F = k * (|q1| * |q2|) / r²其中，F表示静电力的大小，k是库仑常数（k ≈ 9 × 10^9 Nm²/C²），q1和q2分别是两个带电物体的电荷量，r表示两个带电物体之间的距离。

2. 电场强度公式电场强度是指单位正电荷所受到的电力，用E表示。

根据库仑定律，电场强度可以通过以下公式计算：E = k * |q| / r²其中，E表示电场强度的大小，k是库仑常数，q表示带电物体的电荷量，r表示带电物体到所求点的距离。

3. 电势能公式电势能是指带电物体在电场中由于位置变化而具有的能量。

电势能可以通过以下公式计算：U = k * (|q1| * |q2|) / r其中，U表示电势能的大小，k是库仑常数，q1和q2分别是两个带电物体的电荷量，r表示两个带电物体之间的距离。

4. 电势公式电势是指单位正电荷在电场中所受到的电势能，通常用V表示。

电势可以通过以下公式计算：V = k * |q| / r其中，V表示电势的大小，k是库仑常数，q表示带电物体的电荷量，r表示带电物体到所求点的距离。

5. Gauss’s 定理Gauss’s 定理是描述了电场与电荷之间的关系。

在一个封闭曲面上，通过该曲面的电场通量与该曲面内所包围的总电荷量之比等于常数ε₀（真空中的介电常数）乘以曲面内电场的总电荷量。

∮ E * dA = (1/ε₀) * Q其中，∮表示曲面积分，E表示电场强度，dA表示曲面元，Q表示曲面内的总电荷量。

6. 磁场对电荷的力公式当带电粒子的速度与外磁场垂直时，磁场会对带电粒子施加一个力，即洛伦兹力。

洛伦兹力可以通过以下公式计算：F = q * (v × B)其中，F表示磁场对电荷的力的大小，q表示电荷量，v表示电荷的速度，B表示磁场的大小和方向。

电磁学导引静电与电场的认识与计算电磁学是物理学的一个重要分支，研究电磁现象和电磁场以及与之相关的电磁力学定律。

而静电学与电场则是电磁学领域中的重要概念，本文将从静电与电场的基本认识展开，同时介绍一些与之相关的计算方法。

一、静电静电是指物体上累积的电荷不流动，形成的静电现象。

静电可以通过摩擦、感应等方式产生。

当两个物体摩擦时，其中一个物体上的电子会从一个物体转移到另一个物体上，导致两者带电。

而当电荷分布不均匀时，就会形成电场。

二、电场电场是指物体周围空间内存在着电场力的一种物理现象，电荷的存在会形成电场。

电场可以用矢量场来描述，其具有方向和大小。

带电粒子在电场中会受到电场力的作用。

3.电场强度电场强度E是指单位正电荷在电场中所受到的力F除以该正电荷，用来表示电场的强弱。

其计算公式为：E = F/q其中，E为电场强度，F为电场力，q为电荷量。

4.库仑定律库仑定律用来描述电荷之间的相互作用力，表示为电荷间的吸引或排斥。

其公式为：F = (k * |q1 * q2|)/r^2其中，F为电场力，k为库仑常量, q1和q2为电荷量，r为电荷间的距离。

5.电势能电势能是指带电粒子由于在电场力作用下而具有的能量。

电势能的计算公式为：Ep = q * V其中，Ep为电势能，q为电荷量，V为电势。

6.电势差电势差是指电场中两个点之间的电势差异，也可以理解为电势能的差值。

电势差的计算公式为：ΔV = Vb - Va其中，ΔV为电势差，Vb和Va为两个点的电势。

7.电场线电场线是用来表示电场的方向和强弱分布的线条。

电场线从正电荷出发，指向负电荷，彼此不相交。

8.高斯定理高斯定理是用来计算电场的一种方法，它将电场与电荷的分布相联系。

按照高斯定理，由闭合曲面穿过的电场通量等于曲面内的总电荷量除以介质的电常数。

Φ = ∮E*dA = Q/ε其中，Φ为电场通量，E为电场强度，dA为面积微元，Q为闭合曲面内的总电荷量，ε为介质的电常数。