2023年大学物理静电场知识点总结.doc

大学物理静电场知识点总结
1. 电荷的基本特性：（1）分类：正电荷（同质子所带电荷），负电荷（同电子所带电荷）（2）量子化特性（3）是相对论性不变量（4）微观粒子所带电荷总是存在一种对称性
2． 电荷守恒定律 ：一个与外界没有电荷互换的孤立系统，无论发生什么变化，整个系统的电荷总量必然保持不变。
3．点电荷：点电荷是一个宏观范围的抱负模型，在可忽略带电体自身的线度时才成立。
4．库仑定律： 表达了两个电荷之间的静电互相作用，是电磁学的基本定律之一，是表达真空中两个静止的点电荷之间互相作用的规律
5． 电场强度 ：是描述电场状况的最基本的物理量之一，反映了电场的基

6． 电场强度的计算：
（1）单个点电荷产生的电场强度，可直接运用库仑定律和电场强度的定义来求得
（2）带电体产生的电场强度，可以根据电场的叠加原理来求解

（3）具有一定对称性的带电体所产生的电场强度，可以根据高斯定理来求解
（4）根据电荷的分布求电势，然后通过电势与电场强度的关系求得电场强度
7．电场线： 是一些虚构线，引入其目的是为了直观形象地表达电场强度的分布
（1）电场线是这样的线：a．曲线上每点的切线方向与该点的电场强度方向一致
b．曲线分布的疏密相应着电场强度的强弱，即越密越强，越疏越弱。
（2）电场线的性质：a．起于正电荷（或无穷远），止于负电荷（或无穷远）。b．不闭合，也不在没电荷的地方中断。c．两条电场线在没有电荷的地方不会相交
8． 电通量：
（1）电通量是一个抽象的概念，假如把它与电场线联系起来，可以把曲面S的电通量理解为穿过曲面的电场线的条数。（2）电通量是标量，有正负之分。
9． 高斯定理：
（1）定理中的是由空间所有的电荷（涉及高斯面内和面外的电荷）共同产生。（2）任何闭合曲面S 的电通量只决定于该闭合曲面所包围的电荷，而与S以外的电荷无关
10． 静电场属于保守力：静电场属于保守力的充足必要条件是，电荷在电场中移动，电场力所做的功只与该电荷的始末位置有关，而与其经历的途径无关。由此可得

11． 电势能、电势差和电势：
（1）电势能：试探电荷在电场强度为 的电场中的P和Q两点的电势能差：

（2）电势差和电势：
a．上面P点与Q点的电势差可以表达为
相应于把电荷从P点移到Q点电势的减少，地势的减少称为电势降落，也就是经常使用的电压的概念。
b．电势差具有绝对意义，完全有电场自身的性质所决定，而电场中一点的电势只有相对意义，即相对于电势零点而言的。理论上，若电荷分布在有限空间内，可选择无限远处为电势零点。则电场中任一点P的电势可以表达为

12． 等势面：
（1）电场中电势相等的点连成的曲面，就是等势面。它形象地表达了电场中电势的分布。
（2）等势面的性质：a．电荷沿等势面移动，电场力不作功；
b．等势面与电场线处处正交。
13． 电势与电场强度的关系：
和
上式的负号说明电场强度与电势梯度的方向相反。

14．金属导体的静电平衡：
导体中自由电荷没有定向运动的状态，称为静电平衡。此时导体具有下列性质：
（1） 整个导体是等势体，导体的表面是等势面
（2） 导体表面附近的电场强度处处与表面垂直
（3） 导体内部不存在净电荷，所有过剩电荷都分布在导体表面上
15． 导体表面的电荷和电场：
（1）对于孤立导体，表面凸出且曲率较大处，电荷密度较大；表面平坦处电荷面密度较小；表面凹进处，电荷面密度更小，甚至为零。
（2）导体表面附近的电场强度与该处面电荷密度有关。
16． 导体空腔：
导体空腔有如下性质：
（1）若空腔内无电荷，则空腔表面上不存在净电荷，所有净电荷只分布在外表面；若腔内放置电荷，则腔内表面上存在与腔内电荷等量异号的净电荷；
（2）若腔内无电荷，则腔内无电场；若腔内放置电荷，并将空腔导体接地，则腔外空间不受腔内电场的影响。
17． 导体静电平衡性质的应用：
（1）尖端放电现象的物理实质：是尖端处的强电场致使附近的空气分子电离，电离所产生的带电粒子在电场的作用下急剧运动和互相碰撞，碰撞又使更多的空气分子电离。
（2）静电屏蔽： 使导体空腔内部空间不受腔外电荷和电场的影响，或将导体空腔接地，使腔外空间免受腔内电荷电场影响。
18． 电容和电容的计算： (1) 孤立导体的电容
(2) 电容器
(3) 电容的计算：
a．先假设两个极板分别带有+Q和-Q的电量，计算极板间电场强度的分布，在一般情况下都可以计算高斯定理计算；
b．根据极板间电场强度的分布，求出两极板的电势差
c．将极板电量和两极板电势差带入电容器电容的定义式，计算电容。
19． 电介质的极化： 电介质的表面或体内出现宏观电荷的现象
（1） 各向同性的电介质中，极化强度与电场强度之间有
（2） 极化电荷与自由电荷的区别： 由于电介质极化而出现在电介质表面上的宏观电荷，就是极化电荷；在外电场的作用下可以自由运动的宏观电荷，称为自由电荷
a． 极化电荷是束缚电荷的宏观表现，是束缚在晶格上的分子中的电子作微小位移，或整个分子作微小旋转所引起的，他的活动范围不能超过度子的线度；而自由电荷是由于原子或分子的电离或金属中的自由电子重新分布引起的，它的活动范围是整个物体，也可以在不同物体之间；
b． 极化电荷不能转移到其它物体，而自由电荷可以；
c． 极化电荷可以吸附导体中的自由电荷，但不能被中和，而自由电荷可以被中和。
20． 极化强度与极化电荷的关系：
（1）极化强度与极化电荷面密度的关系为
（2）极化强度和极化电荷的关系
对于各向同性的电介质，有 ，此处等于外加电场与极化电荷产生的附加电场强度的矢量和。
21． 电介质存在时的高斯定理：
其中电位移矢量：
此式只合用于各向同性的电介质。
22． 边界条件：
（1）用高斯定理可以得到在两种电介质的界面附近电位移矢量的法向分量连续， 即
（2）用静电场的环路定理可以得到在两种电介质的界面附近电场强度矢量的切向分量连续，即
10． 静电场的能量：(1) 电容器的储能
(2) 电场能量密度和电场能量的一般表达
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