武警学院教学课件 大学物理学电子教聚 电势及其计算 8-6静电场的环路定理电势能E 8-7电势
大学物理学电子教案 武警学院教学课件 电势及其计算 8-6 静电场的环路定理 电势能 8-7 电势
复习 8-4电场强度通量高斯定理 电场线 电场强度通量 高斯定律 高斯定律应用举例 8-5密立根测定电子电荷的实验
复 习 8－4 电场强度通量 高斯定理 • 电场线 • 电场强度通量 • 高斯定律 • 高斯定律应用举例 8－5 密立根测定电子电荷的实验
8-6静电场的环路定理电势能 静电场力所作的功 B 1、点电荷电场 dl E 点电荷q固定于原点O,试验电荷q 在q的电场中由A点沿任意路径ACB 到达B点,取微元d,电场力对qo的 元功为 q d= Fd=qE dl 在点电荷的非匀强 4兀6 电场中,电场力对 试验电荷所作的功 dw ,m=、1gr与其移动时起始位 4丌印0 4兀6 置与终了位置有关, 990 q④0 与其所经历的路径 W=4兀6 4兀50 无关
一、静电场力所作的功 8-6 静电场的环路定理 电势能 点电荷q固定于原点O，试验电荷q0 在q的电场中由A点沿任意路径ACB 到达B点，取微元dl，电场力对q0的 元功为 B r B A r A 1、点电荷电场 q C r r dr dl r e E dW F dl q E dl = = 0 r e r q E 2 4 0 1 = dr r qq e dl r qq dW r 2 0 0 2 0 0 4 1 4 1 = = ) 1 1 ( 4 4 0 0 2 0 0 A B r r r r qq dr r qq W B A = = − 在点电荷的非匀强 电场中，电场力对 试验电荷所作的功 与其移动时起始位 置与终了位置有关， 与其所经历的路径 无关
2、任意带电体电场 任意带电体都可以看成由许多点电荷组成的点电荷系,根据 叠加原理可知,点电荷系的场强为各点电荷场强的叠加 E=E1+E2+ 任意点电荷系的电场力所作的功为 E:∽E,+E2m+ 每一项均与路径无关,故它们的代数和也必然与路径无关。 3、结论 在真空中,一试验电荷在静电场中移动时,静电场力对它 所作的功,仅与试验电荷的电量、起始与终了位置有关, 而与试验电荷所经过的路径无关。 静电场力也是保守力,静电场是保守场
2、任意带电体电场 任意带电体都可以看成由许多点电荷组成的点电荷系，根据 叠加原理可知，点电荷系的场强为各点电荷场强的叠加 E = E1 + E2 + 任意点电荷系的电场力所作的功为 = = + + l l l W q E dl q E dl q E dl 0 0 1 0 2 每一项均与路径无关，故它们的代数和也必然与路径无关。 3、结论 在真空中，一试验电荷在静电场中移动时，静电场力对它 所作的功，仅与试验电荷的电量、起始与终了位置有关， 而与试验电荷所经过的路径无关。 静电场力也是保守力，静电场是保守场
静电场的环路定理 在静电场中,将试验电荷沿闭合路 径移到一周时,电场力所作的功为 ∮E=E D H=∫E+∫Ed电场力作 ABC CDA 功 E.观 E.观 与路径无 CDA ADC 关 4n∫E=6∫E定义:电场强度沿任意闭合路径 ADC ABC 的线积分叫电场强度的环流。 W=q0E·l=0 ∮E=0 静电场环路定理:在静电场中, 电场强度的环流为零
二、静电场的环路定理 在静电场中，将试验电荷沿闭合路 径移到一周时，电场力所作的功为 l l W q E dl q E dl ＝ 0 ＝ 0 A B C D + ABC CDA W q E dl q E dl ＝ 0 0 = − CDA ADC E dl E dl = ADC ABC q E dl q E dl 0 0 ＝ 0 ＝0 W q Edl ＝0 Edl 电场力作 功 与路径无 关 定义：电场强度沿任意闭合路径 的线积分叫电场强度的环流。 静电场环路定理：在静电场中， 电场强度的环流为零
三、电势能 B 电荷在电场的一定位置上,具 有一定的能量,叫做电势能 静电场力对电荷所作的功等于电 势能增量的负值 WAB==EPB -EPA=EPA -EPB 4JE:=Em一Em 电势能的参考点选择也是任意的,若Ep=0,则电场中A 点的电势能为 EB=q0Ea结论:试验电荷q在电场中点A的 AB 电势能,在取值上等于把它从点A 移到到零电势能处的电场力所作的 功
三、电势能 电荷在电场的一定位置上，具 有一定的能量，叫做电势能。 A B 静电场力对电荷所作的功等于电 势能增量的负值。 WAB = − EPB − EPA = EPA − EPB ( ) PA PB AB q E dl = E − E 0 电势能的参考点选择也是任意的，若EPB=0，则电场中A 点的电势能为： = AB PA E q E dl 0 结论：试验电荷q0在电场中点A的 电势能，在取值上等于把它从点A 移到到零电势能处的电场力所作的 功
8-7电势 电势 1、电势 比值(E队EFp)9与4无关,只决定于电场的性质及场 点的位置,所以这个比值是反映电场本身性质的物理量, 可以称之为电势 静电场中带电体所具有的电势能与该带电体的电 量的比值定义为电势。 VA=WPA/9o Vn=Wn。/ B q E·d+V 当电荷分布在有限空电场中某点的电势在数值上等于放 间时,无限远处的电在该点的单位正电荷的电势能 势能和电势为零 电场中某点的电势在数值上等于把 单位正电荷从该点移到势能为零的 E·d 点时,电场力所作的功。 A
8－7 电势 一、电势 1、电势 比值 (EpA-EPB)/ q0与q0无关，只决定于电场的性质及场 点的位置，所以这个比值是反映电场本身性质的物理量， 可以称之为电势 静电场中带电体所具有的电势能与该带电体的电 量的比值定义为电势。 0 VA =WPA / q 0 VB =WPB / q B AB VA = E dl +V 当电荷分布在有限空 间时，无限远处的电 势能和电势为零 = A A V E dl •电场中某点的电势在数值上等于放 在该点的单位正电荷的电势能 •电场中某点的电势在数值上等于把 单位正电荷从该点移到势能为零的 点时，电场力所作的功
2、说明: 电势是标量,有正有负; 电势的单位:伏特IV=1J.Cl; 电势具有相对意义,它决定于电势零点的选择。在理论 计算中,通常选择无穷远处的电势为零; 在实际工作中,通常选择地面的电势为零。 但是对于“无限大”或“无限长”的带电体,只能在 有限的范围内选取某点为电势的零点。 3、电势差在静电场中,任意两点A和点B之间的电 势之差,称为电势差,也叫电压。 UAB=V4-VB=E·d AB 静电场中任意两点A、B之间的电势差,在数值上等于 把单位正电荷从点A移到点B时,静电场力所作的功。 W =qo E d=qoU 4B=go(vA-vB)
2、说明： •电势是标量，有正有负； •电势的单位：伏特1V=1J.C-1； •电势具有相对意义，它决定于电势零点的选择。在理论 计算中，通常选择无穷远处的电势为零； •在实际工作中，通常选择地面的电势为零。 •但是对于“无限大”或“无限长”的带电体，只能在 有限的范围内选取某点为电势的零点。 3、电势差 在静电场中，任意两点A和点B之间的电 势之差，称为电势差，也叫电压。 = − = AB AB A B U V V E dl 静电场中任意两点A、B之间的电势差，在数值上等于 把单位正电荷从点A移到点B时，静电场力所作的功。 ( ) AB A B B A W = q E dl = q U = q V −V 0 0 0
二、点电荷电场的电势 正电荷的电势为正,离电 -Em切7m=+x负电看的电势为离电 荷越远,电势越高。 电势叠加原理 1、点电荷系电场的电势 连续分布电荷电场的电势 电场由几个点电E=∑E 4丌r 荷q1,q2,…,qn 生 fda y=∫E=∑E TEr ∑∫Ed=∑ 线分布=4m 14丌6r 点电荷系所激发的电场中 某点的电势,等于各点电面分布F-∫ ds 荷单独存在时在该点的电 s 4er 势的代数和。这个结论叫 体分布V 做静电场的电势叠加原理。 ∫ 4丌Enr
三、电势叠加原理 1、点电荷系电场的电势 电场由几个点电 荷q1，q2，…，qn 产生 E = Ei = = i i i E dl V V E dl E dl ＝ ＝ 点电荷系所激发的电场中 某点的电势，等于各点电 荷单独存在时在该点的电 势的代数和。这个结论叫 做静电场的电势叠加原理。 2、连续分布电荷电场的电势 P r dq r dq dV 4 0 = = r dq V 4 0 线分布 = l r dl V 4 0 面分布 = S r dS V 4 0 体分布 = V r dV V 4 0 二、点电荷电场的电势 r q dr r q V E dl r r 0 2 4 0 4 = = = 正电荷的电势为正，离电 荷越远，电势越低； 负电荷的电势为负，离电 荷越远，电势越高
3、电势的计算 步骤: 计算电势的方法有两种 (1)先算场强 利用电势的定义式 (2)选择合适的路径L E·a+V (3)积分(计算) A B AB 要注意参考点的选择,只有电荷分布在有限的空间时, 才能选无穷远点的电势为零; 6^积分路径上的电场强度的函数形式要求已知或可求。 步骤 °利用电势的叠加原理 (1)把带电体→分为无限多dq (2)由dq→dq 兀6 (3)由dq→p=dq 要求电荷的分布区域是已知的; 6当电荷分布在有限的区域内,可以选择无穷远点作为 电势的零点的;而当激发电场的电荷分布延伸到无穷远 时,只能根据具体问题的性质,在场中选择某点为电势 的零点
3、电势的计算 计算电势的方法有两种： •利用电势的定义式 B AB VA = E dl +V 要注意参考点的选择，只有电荷分布在有限的空间时， 才能选无穷远点的电势为零； 积分路径上的电场强度的函数形式要求已知或可求。 •利用电势的叠加原理 = r dq V 4 0 要求电荷的分布区域是已知的； 当电荷分布在有限的区域内，可以选择无穷远点作为 电势的零点的；而当激发电场的电荷分布延伸到无穷远 时，只能根据具体问题的性质，在场中选择某点为电势 的零点。 步骤： (1)先算场强 (2)选择合适的路径L (3) 积分(计算) 步骤 (1)把带电体→分为无限多dq (2)由dq → d (3)由d → = d