广东工业大学：《大学物理》课程教学资源（教案讲义）06 静电场

大学物理课程教案(36) 授课类型理论课 授课时问2拉 一、授课题目（教学章节或主题）： 第十三章真空中的静电场 第1节电荷 第2节真空中的库仑定律 第3节电场 二、本授课单元教学目标或要求 算握库仑定律的内容，拿握电场强度的概老，能用积分法求解带电体周围的电场分有。 三、本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，引导学生解决重点难点的方法、例题等）刀 基本内容： 第1节电荷 1、两种电荷，正电荷和负电贺荷 2、电荷守恒定律 电荷不能创生，也不能清灭，具能从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分移到另一部 分总电荷不变. 3、电荷量子化 物体带的电量g不能连续取值，只能是某基本电量（电子电量？）的整数倍。 g=ne n=±l土2，±3.…e=1.6×10"C 13.2真空中的库仑定律 1、点电背 实际带电体的理想化模型，具有带电体的全部电量，1无形状和大小。 2、库仓定律 F=k944F=194F 40r ·库仑定律贝适用于点电荷，库仑力满足矢量叠加原理。 133电场 1、电场 电场是一种物质，具有质量、能量和动量：电荷之间的相互作用通过电场来透行。 2、电场强度 定义式： E-F 46是试验电荷，电场强度的单位NC或Vm. 即：电场中某点的电场强度，等于位于该点处的单位试验电背所受的力，其方向为正电荷受力方向， 2

2 大学物理 课程教案（36） 授课类型 理论课 授课时间 2 节 一、授课题目（教学章节或主题）： 第十三章 真空中的静电场 第1节 电荷 第2节 真空中的库仑定律 第3节 电场 二、本授课单元教学目标或要求： 掌握库仑定律的内容，掌握电场强度的概念，能用积分法求解带电体周围的电场分布。 三、本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 基本内容： 第 1 节 电荷 1、两种电荷：正电荷和负电贺荷 2、电荷守恒定律 电荷不能创生,也不能消灭,只能从一个物体转移到另一个物体; 或从物体的一部分移到另一部 分,总电荷不变。 3、电荷量子化 物体带的电量 q 不能连续取值，只能是某基本电量（电子电量 e ）的整数倍。 q  ne n  1,  2, 3,  e = 1.6×10-19 C 13.2 真空中的库仑定律 1、点电荷 实际带电体的理想化模型，具有带电体的全部电量，但无形状和大小。 2、库仑定律 r r q q r r q q F k    3 1 2 0 3 1 2 4 1    ·库仑定律只适用于点电荷，库仑力满足矢量叠加原理。 13.3 电 场 1、电场 电场是一种物质，具有质量、能量和动量；电荷之间的相互作用通过电场来进行。 2、 电场强度 定义式： q0 F E    0 q 是试验电荷，电场强度的单位 N/C 或 V/m。 即：电场中某点的电场强度，等于位于该点处的单位试验电荷所受的力，其方向为正电荷受力方向

3、电场强度的计算 (1)点电荷的场强 E=19 4m。r q》0.E与F月方向，q(0,E与F反方向. (2)点电荷系的场强（场强叠加原理） E-EE- 14元 4。 即：点电荷系在空间某点产生的场强等于各点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。 举例：计算电偶授子在其中联线上F处一点的电场强度 (3)电背连续分布的带电体的场强 =亭 上述积分是矢量积分，一般不易计算：实际中是建立坐标，肥E变成标量再积分。 举例：①带电线段延长线上一点的场强：②带电圆环轴线上一点场强 教学重点：库仑定律，电场强度的定义和场强的叠加星理。电场的计算。 数学难点：电场强度的计算。尤其积分法求解替电体周围的电场分布。 引导学生解决重点难点的方法：利用多媒体演示电场的性质，展示不同带电体周围的电场分 布，积分法求电场部分通过分析例思使学生草据。 数学重点：算班库仑定律的内容，拿强电场强度的概念，修用积分法求解带电体成围的电场 分布。 教学难点：掌据库仑定律的内容，拿振电场强度的概念，能用积分法求解带电体周围的电场 分布。 引导学生解决重点难点的方法：利用多媒体演示电场的性质，展示不同带电体周围的电场分 布，积分法求电场部分通过分析例题使学生草握。 四、本授裸单元教学手段与方法 利用多媒体滴示电场的性质，展示不同带电体周围的电场分布。积分法求电场都分则利用板书。 五、本授课单元思考题、讨论题、作业： 思考题：为什么检验电荷要做到两小，体积小，电量小？ 作业汇编Pa20、3引 六、本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）力 参考书，1，《大学物理练习题汇编》 2、张三慧编著，大学基健物理学，清华大学出版社，2003： 3、程守沫江之水编，普通物理学，高等教有出版社，19羽5： 4、《College Physics》 3

3 3、电场强度的计算 （1）点电荷的场强 r r q E   3 4 0 1   q > 0, E  与 r  同方向，q < 0， E  与 r  反方向。 （2）点电荷系的场强（场强叠加原理） i i i i r r q E E    3 4 0 1      即：点电荷系在空间某点产生的场强等于各点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。 举例：计算电偶极子在其中垂线上 r 处一点的电场强度 （3）电荷连续分布的带电体的场强 r r dq E dE V        3 4 0 1  上述积分是矢量积分，一般不易计算；实际中是建立坐标，把 dE  变成标量再积分。 举例：① 带电线段延长线上一点的场强；② 带电圆环轴线上一点场强 教学重点：库仑定律，电场强度的定义和场强的叠加原理，电场的计算。 教学难点：电场强度的计算，尤其积分法求解带电体周围的电场分布。 引导学生解决重点难点的方法：利用多媒体演示电场的性质，展示不同带电体周围的电场分 布，积分法求电场部分通过分析例题使学生掌握。 教学重点：掌握库仑定律的内容，掌握电场强度的概念，能用积分法求解带电体周围的电场 分布。 教学难点：掌握库仑定律的内容，掌握电场强度的概念，能用积分法求解带电体周围的电场 分布。 引导学生解决重点难点的方法：利用多媒体演示电场的性质，展示不同带电体周围的电场分 布，积分法求电场部分通过分析例题使学生掌握。 四、本授课单元教学手段与方法： 利用多媒体演示电场的性质，展示不同带电体周围的电场分布，积分法求电场部分则利用板书。 五、本授课单元思考题、讨论题、作业： 思考题：为什么检验电荷要做到两小：体积小、电量小？ 作业：汇编 P88 20、31 六、本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）： 参考书：1、《大学物理练习题汇编》 2、张三慧编著，大学基础物理学，清华大学出版社，2003； 3、程守洙 江之永编, 普通物理学，高等教育出版社，1995； 4、《College Physics》

大学物理课程教案(37) 授课类型理论课 授课时间2节 一、授课题目（教学章节成主想）1 第4节真空中的高斯定理 二、本授裸单元教学日标或要求： 拿握高斯定理的内容，拿握电通量的概念，能用高斯定理求解带电体周围的电场分布。 三、本授课单元数学内容（包括基本内容，重点、准点，引导学生解决重点难点的方法、例愿等）： 蒸本内容： 13.4真空中的高斯定理 1、电场战 规定：1)由线上每一点的切线方向为谈点电场的方向： 2)通过兵直于电场方向单位面积电场线数为该点电场强度的大小 特点：1)始于正电荷.止于舞电荷（或米自无穷送，去向无穷远）. 2)电场线不相交 3)静电场的电场线不闭合. 2、电通量 柔直通过电场中某一面积的电场线的条数叫通过该面积的电通量， (1)均匀电场通过一平面S的电通量 中.=BSc0s日 (2)任意电场通过任意雲面3的电通量 D,-帅-[E-[Ecos0dS 3、高斯定理 在真空中，通过任一闭合曲面的电场强度通量.等于该曲面所包围的电荷的代数和除以。· fE8=Σq 4、高斯定理的应用 应用高斯定理求电场的条作：电场《电背》分海有一定对称性 应用高斯定理求电场的步露： 1)分析对你性： 2)根据对称性选择合适的高斯面 3)应用高斯定理计算 举例：①求均匀带电球壳的电场分布：一半径为R。均匀蒂电Q的薄球壳，求球壳内外任意点 的电场强度E

4 大学物理 课程教案（37） 授课类型 理论课 授课时间 2 节 一、授课题目（教学章节或主题）： 第 4 节 真空中的高斯定理 二、本授课单元教学目标或要求： 掌握高斯定理的内容，掌握电通量的概念，能用高斯定理求解带电体周围的电场分布。 三、本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 基本内容： 13.4 真空中的高斯定理 1、电场线 规定：1） 曲线上每一点的切线方向为该点电场的方向； 2） 通过垂直于电场方向单位面积电场线数为该点电场强度的大小. 特点：1） 始于正电荷,止于负电荷(或来自无穷远,去向无穷远). 2） 电场线不相交. 3） 静电场的电场线不闭合. 2、电通量 垂直通过电场中某一面积的电场线的条数叫通过该面积的电通量。 （1）均匀电场通过一平面 S 的电通量 e  ES cos （2）任意电场通过任意渠面 S 的电通量 d E dS E dS S S S e cos            3、高斯定理 在真空中,通过任一闭合曲面的电场强度通量,等于该曲面所包围的电荷的代数和除以 0  . i S E  dS  q  0 1    4、高斯定理的应用 应用高斯定理求电场的条件：电场（电荷）分布有一定对称性 应用高斯定理求电场的步骤： 1）分析对称性； 2）根据对称性选择合适的高斯面； 3）应用高斯定理计算. 举例：① 求均匀带电球壳的电场分布：一半径为 R , 均匀带电 Q 的薄球壳，求球壳内外任意点 的电场强度 E

0 r<R 结果： E r>R 4匹r ②求无限长均匀带电直线的电场强度：无限长均匀带电直线，单位长度上的电背，即电荷线 密度为入，求距直线为r处的电场强度， 结果： E=- Er ③无限大均匀带电平面的电场强度，无限大均匀带电平面，单位面积上的电黄，即电荷面密 度为。，果距平面为r处的电场强度。结果：E=口为均匀电场 26 数学重点：电通量及其计算，高斯定理及用高斯定理求解带电体周围的电场分布。 数学难点：高斯定理的应用。 引导学生解决重点难点的方法：利用多媒体演示电场的性质，展示不同带电体周围的电场分 布，演示电通量的顺念。例题部分则利用板书。 数学重底：拿握高斯定理的内容，拿握电通量的概念，能用高斯定理求解带电体周围的电场 分布。 数学难点：拿握高斯定理的内容，拿强电通量的概念，能用高斯定理求解带电体州围的电场 分布。 引导学生解换重点难点的方法：利用多螺体演示电场的性质，展示不同带电体周围的电场分 布，演示电通量的假念。例思部分则利用板书。 四、本授课单元教学手段与方法： 利用多煤体演示电场的性质，展示不同带电体周围的电场分布，演示电通量的概念，例题部分 则利用板书： 五、本授课单元思考愿、讨论愿、作业： 作业汇编P5,14 六、本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）为 参考书，1、《大学物理练习题汇编》 2、张三慧编著，大学基留物果学，清华大学出版社，2003： 3、程守沫江之水编，普通物理学，高等教有出版社，1995： 4、《College Physics》 大学物理课程教案(38) 授课类型理论课 授课时间2节 5

5 结果：        r R r Q r R E 2 4 0 0  ② 求无限长均匀带电直线的电场强度：无限长均匀带电直线，单位长度上的电荷，即电荷线 密度为  ，求距直线为 r 处的电场强度. 结果： r E 2 π 0    ③无限大均匀带电平面的电场强度：无限大均匀带电平面，单位面积上的电荷，即电荷面密 度为  ，求距平面为 r 处的电场强度. 结果： 0 2  E  为均匀电场 教学重点：电通量及其计算，高斯定理及用高斯定理求解带电体周围的电场分布。 教学难点：高斯定理的应用。 引导学生解决重点难点的方法：利用多媒体演示电场的性质，展示不同带电体周围的电场分 布，演示电通量的概念。例题部分则利用板书。 教学重点：掌握高斯定理的内容，掌握电通量的概念，能用高斯定理求解带电体周围的电场 分布。 教学难点：掌握高斯定理的内容，掌握电通量的概念，能用高斯定理求解带电体周围的电场 分布。 引导学生解决重点难点的方法：利用多媒体演示电场的性质，展示不同带电体周围的电场分 布，演示电通量的概念。例题部分则利用板书。 四、本授课单元教学手段与方法： 利用多媒体演示电场的性质，展示不同带电体周围的电场分布，演示电通量的概念。例题部分 则利用板书。 五、本授课单元思考题、讨论题、作业： 作业：汇编 P84 5、14 六、本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）： 参考书：1、《大学物理练习题汇编》 2、张三慧编著，大学基础物理学，清华大学出版社，2003； 3、程守洙 江之永编, 普通物理学，高等教育出版社，1995； 4、《College Physics》 大学物理 课程教案（38） 授课类型 理论课 授课时间 2 节

一、授课题目（数学章节或主题）： 第5节电势电势染静电场的环路定理 第6节电势梯度和等势面 二、本授课单元教学目标或要求： 理解静电场的保守性，草挥静电场的环路定理，草挥电势的概念和计算方法，拿屏常见带 电体的电势分布。会用积分法求电势分布， 三、本授课单元教学内容（包基本内容、重点、难点，引导学生解决重点难点的法、例题等）： 蒸本内容 13.5电势电势差静电场的环路定理 1、静电场力作功的特点 结论：静电场力作功与路径无关，静电场是保守场 2、静电场的环路定理 fE-di-0 静电场中，场强沿任意闭合回路的线积分的值等于零，静电场的重要性质之一。 3、电势能 静电场是保守场，静电场力是保守力，可引入电势能的概念。静电场力的功等于电荷电 势能增量的负值 注意：电势能是属于系统的，电势能的大小是相对的，若取电场中6点的电势能为0，则 ←、电势：电荷在电场中。点的电势能与及▣点的位置坐标厂均有关，但比值”与5有关 96 a点的电势 匕-化=儿E面即：静电场中。点的电势。数值上草于单位正电荷在。 点处所具有的电势能。也等于把单位正电荷由：点经任意路径移到零电势点（无限远处） 电场力的功。 注意：·电势是表征电场性质的物理量，与无美： ·电势是标量，是空间坐标的函数： ·电与的值是相对的，其值与零电势位置的远取有关。 电劳零点选择方法：有限蒂电体以无穷远为电劳零点，实际问题中常取地球电势为零。 电场中、。两点的电势差即电压，定义为： va-v.-V-fE.di 电场力的功与电势差的关系 A-Edi-W。-) 举例：①点电荷的电势分布 V=9 《取无限远处为电势零点】 4

6 一、授课题目（教学章节或主题）： 第 5 节 电势 电势差 静电场的环路定理 第 6 节 电势梯度和等势面 二、本授课单元教学目标或要求： 理解静电场的保守性，掌握静电场的环路定理，掌握电势的概念和计算方法，掌握常见带 电体的电势分布，会用积分法求电势分布。 三、本授课单元教学内容（包括基本内容、重点、难点，引导学生解决重点难点的方法、例题等）： 基本内容： 13.5 电势 电势差 静电场的环路定理 1、静电场力作功的特点 结论：静电场力作功与路径无关.静电场是保守场 2、静电场的环路定理   0 L E dl   静电场中, 场强沿任意闭合回路的线积分的值等于零，静电场的重要性质之一。 3、电势能 静电场是保守场，静电场力是保守力，可引入电势能的概念。静电场力的功等于电荷电 势能增量的负值. 注意：电势能是属于系统的，电势能的大小是相对的，若取电场中 b 点的电势能为 0，则 4、电势：电荷在电场中 a 点的电势能与及 a 点的位置坐标 a r 均有关，但比值 0 q Wa 与 a r 有关 a 点的电势 E dl q W V a a a        0 即：静电场中 a 点的电势，数值上等于单位正电荷在 a 点处所具有的电势能。也等于把单位正电荷由 a 点经任意路径移到零电势点（无限远处） 电场力的功。 注意：·电势是表征电场性质的物理量,与无关； ·电势是标量, 是空间坐标的函数； ·电势的值是相对的, 其值与零电势位置的选取有关。 电势零点选择方法：有限带电体以无穷远为电势零点，实际问题中常取地球电势为零. 电场中 a、b 两点的电势差即电压,定义为： V V V E dl b a ab a b        电场力的功与电势差的关系 ( ) 0 0 a b b a Aab  q E dl  q V V    举例：① 点电荷的电势分布 r q V 4 0  （取无限远处为电势零点）