电磁场课件——高斯定理讲课教案.ppt

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1、电磁场课件——高斯定理§1.2　高斯定理1.2.1静电场中的导体1.2.2静电场中的电介质1.2.3高斯定理21.2.1静电场中的导体导体的特点：有大量自由电子。看录像，思考：导体在外电场中达到静电平衡1、导体中的电荷和场强如何分布？①电荷只分布在导体表面②导体内部场强处处为0；③导体表面任意一点的场强方向与表面垂直;④导体为一个等位体，导体表面为一个等位面;E导体E’引起电荷移动3静电屏蔽的原理2、有空腔的导体壳带电体A在空腔导体B外正、负感应电荷分布在B的外表面上。A++++++++-----+++++BE内=0带电体A在空腔导体B内-------------+++

2、+++++++++++++++++++++++A正、负感应电荷分布在B的内、外表面上。43.导体表面电荷密度与该处E表的大小成正比。在导体外紧靠导体表面的一点P:导体E表4.孤立带电导体表面电荷分布处在静电平衡时,在导体表面凸出的尖锐部分电荷面密度较大;在比较平坦部分电荷面密度较小。5任何导体，只要它们带电量不变，则其电位是不变的。（）一导体的电位为零，则该导体不带电。（）接地导体都不带电。（）静电场中的导体6无极性分子有极性分子1、电介质的特点：在电场作用下：电介质分子旋转或拉伸，正负电荷中心不再重合，形成电偶极子。1.2.2静电场中的电介质电子被原子核束缚

3、，不能自由活动；看录像，思考：将一块电介质放入外电场中的表现？7思考：外加电场后，介质发生极化，形成附加电场，破坏原电场分布。怎样计算电介质极化后产生的电场？方向由负电荷指向正电荷。定义：极化强度为定义：矢量电偶极矩可计算出，单个电偶极子产生的电位为：：怎样衡量电介质极化的强弱？8-q+qP0zr2r1rd例：电偶极子的电场思路：由电位求场强。-q+qdP0zr2r1r解：当d<

4、位：PP1.在有介质存在的空间中，任意点的电场是由自由电荷、极化电荷共同在真空中产生的电场的叠加；3.极化电荷的总和为02.极化电荷的体密度为P、面密度为P结论：121、自由电荷与束缚电荷的区别是什么？2、电介质的极化和导体的静电感应有何不同？3、如何考虑电介质和导体在静电场中的效应？导体→自由电荷→自由移动→静电感应电介质→束缚电荷→不能自由移动→电偶极子→极化电荷重新分布→附加电场附加电场导体表面静电感应电荷→在导体内部与外电场处处抵消→E＝0电介质束缚电荷极化→在电介质内部削弱外电场→合电场不为零131、真空中的高斯定理：①点电荷q、闭合面为以点电荷所在处为球

5、心的球面：②点电荷q、闭合面为任意形状：③n个点电荷、闭合面为任意形状：④电荷连续分布、闭合面为任意形状：结论：在真空中，由任意闭合面穿出的E通量，等于该闭合面内所有电荷的代数和除以真空的介电常数1.2.3高斯定理14电介质表面S为电介质中一假想闭合面，不包含介质的表面；自由电荷q1、q2、q3分布在导体表面S1、S2、S3上：Sq1q2q3S1S2S302、介质中的高斯定律15定义：电通量密度，电位移矢量在静电场中（无论在真空还是介质中，不管介质均匀与否），由任意闭合面穿出的D通量，等于该闭合面内所有自由电荷的代数和，与所有极化电荷及闭合面外的自由电荷无关。高斯通量定理的

6、微分形式在静电场中，任意一点的D的散度等于该点的自由电荷体密度。高斯通量定理的积分形式D=0(1+)E=0rE=E线性、各向同性：P=0E——电介质的介电常数；（F/m）r——电介质的相对介电常数，无量纲16实际中经常使用介电常数的相对值，这种相对值称为相对介电常数，以r表示，其定义为可见，任何介质的相对介电常数总是大于1。下表给出了几种介质的相对介电常数的近似值。介质介质空气1.0石英3.3油2.3云母6.0纸1.3~4.0陶瓷5.3~6.5有机玻璃2.6~3.5纯水81石腊2.1树脂3.3聚乙烯2.3聚苯乙烯2.6rr17图示平行板电容器中放入一

7、块介质后，其D线、E线和P线的分布。•D线由正的自由电荷出发，终止于负的自由电荷；•P线由负的极化电荷出发，终止于正的极化电荷。•E线由正电荷出发，终止于负电荷；D线E线P线D、E与P三者之间的关系3、D线、E线和P线：181、电场强度在电介质内部是增加了，还是减少了？2、说明E、P与D三矢量的物理意义。E与介质有关，D与介质无关的说法对吗？19E是电场强度，其物理意义是从力的角度描述静电场特性物理量。其定义为静电场中任一点单位正电荷所受到的电场力。P是电极化强度，其物理意义是描述电介质中任一点电极化强弱的物理量。