大學(xué)物理靜電場總結(jié)范文第1篇

【關(guān)鍵詞】靜電場；能量；適用范圍

0.引言

很多文章與教材中都涉及了靜電場能量公式，然而都沒有詳細(xì)說明電場能量與電勢能這兩種形式所適用的確切范圍。如下題（例）在求解問題時就存在著不妥。

如圖1 所示，設(shè)電容器的兩個帶電極板面積為S，分別帶電+q和- q ，板間距為x，求二板間“相互作用能”。

圖1 平行板電容器

取坐標(biāo)軸x軸與二板垂直，坐標(biāo)原點在下極板上。設(shè)上極板為研究體系（體系1），下極板為外部體系（體系2），并取下極板產(chǎn)生的電勢?的參考點在坐標(biāo)原點。那么用電勢表達(dá)的靜電場互能公式W=?ρ?dV（1）求得W=x此結(jié)果是否正確姑且不說，我認(rèn)為所使用的公式（1）不妥。因為若按此類理解，也可應(yīng)用電勢表達(dá)靜電場互能的另一公式W=?ρ?1dV（2）來求解（本文將給出?ρ?2dV=?ρ2?1dV的證明） ，其中?1為研究體系（上極板）產(chǎn)生的勢。因為在同一問題中，若用不同的互能公式求解，再將結(jié)果進(jìn)行比較時，電勢參考點應(yīng)取同一個（坐標(biāo)原點），即?1在下極板處也為零，從而有Wi=0。同一問題，所得互能不同（兩種求法參考點相同），在處理該問題時認(rèn)識有誤。通過分析可知，其錯誤是沒有弄清公式的適用范圍。

1.一些能量公式用于無限大均勻帶電平面時所得結(jié)果不唯一的根源

上述平行板電容器是在無限大均勻帶電平面模型上建立起來的。按上面的思路，計算該情形互能會算出不唯一的矛盾結(jié)果。究其根本，是因為上述所用公式的適用范圍與問題中所使用的物理模型的適用范圍不相協(xié)調(diào)所致。眾所周知，對無限大均勻帶電平面這樣的理想物理模型，其適用范圍不含無限遠(yuǎn)點。因為在無限遠(yuǎn)處看，帶電平面不可能無限大，都應(yīng)是有限大小的；同理，無限大均勻帶電模型，只可以是在近點范圍觀測和抽象出來的結(jié)果。即無限大均勻帶電平面與無限遠(yuǎn)點不能同時出現(xiàn)在同一問題中�，F(xiàn)在我們再從有關(guān)教材出發(fā)，回顧總能Wt、互能Wi和自能Ws之間的關(guān)系及其物理含義。靜電場總能公式若用場強表達(dá)為Wt=?E·DdV（3）

利用矢量分析，式（3）又可寫為Wt=?ρ?dV-?D·dS（4）

其中S是V的邊界面。因為Wt是靜電場總能量，所以可將V取成整個空間，即S 在無限遠(yuǎn)。對于電荷分布在有限范圍內(nèi)的情形，若取無限遠(yuǎn)為電勢零點，即?S=0，而D～1/r2，面積S～r2，面積分當(dāng)r∞時趨于零，則由式（4）得

Wt=?ρ?dV（5）若取有限遠(yuǎn)r0點當(dāng)做電勢零點，由于ф～（1/r-1/r0） ， D～1/r2，而面積S～r2，所以當(dāng)r∞時面積分不再趨于零，則此時Wt≠?ρ?dV可見，當(dāng)取無限遠(yuǎn)為電勢零點，并整個空間都是模型的適用范圍時，式（5）才成立。

下面再證明式（1）和（2）相等，同時也能進(jìn)一步說明其適用范圍與例模型的適用范圍不相協(xié)調(diào)。若用 ф1和ρ1分別為研究體系的所產(chǎn)生的勢和電荷分布；用ф2和ρ2分別表示外部體系的所產(chǎn)生的勢和電荷分布。當(dāng)取無限遠(yuǎn)為電勢零點時，式（5）可寫為Wt=?（ρ1+ρ2）（ф1+ф2）dV（6）則互能和自能分別為W=?ρ?2dV+?ρ2?1dV（7）、W=?ρ?1dV+?ρ2?2dV（8）

推廣到一般情況， Wt、Wi和Ws的物理意義為：設(shè)帶電體系由若干個帶電體組成，帶電體系的總靜電能Wt由各帶電體之間的相互作用能Wi每一個帶電體的自能Ws組成；把每一個帶電體看成一個整體，把各帶電體從無窮遠(yuǎn)移到現(xiàn)在位置所作的功，為它們之間的相互作用能；把每一個帶電體上的各部分電荷從無限分散的狀態(tài)聚集起來時所作的功，等于這個帶電體的自能；而式（6）、（7）和（8）都是取了無限遠(yuǎn)為電勢零點的結(jié)果。對整個空間都適用的物理模型，其電荷分布（以體分布為例，點、線、面分布與此相近，不再贅述） 應(yīng)在有限范圍。若電荷分布在有限范圍，可取無限遠(yuǎn)為電勢零點；反之，如果分布在無限遠(yuǎn)處的是無限多電荷，就不能選無限遠(yuǎn)為電勢零點。設(shè)電荷分布在有限空間，取真空中的無限遠(yuǎn)為電勢零點（只有取真空中的無限遠(yuǎn)為電勢零點，才可下述表示），則研究體系和外部電荷體系所產(chǎn)生的勢分別為：?1=?（9）、?2=?（10）把式（9）和（10）代入式（7），即可證得Wt=?ρ1?2dV=?ρ2?1dV（11）現(xiàn)在又可看出，只有對可取無限遠(yuǎn)為電勢零點的物理模型，式（1）、（2）、（5）和式（6）～（11）才成立。由以上分析可知，例出現(xiàn)的錯誤是將取了無限遠(yuǎn)為電勢零點、且只適用于整個空間的靜電場能量公式用于了不能取無限遠(yuǎn)為電勢零點、也不適用于整個空間的物理模型（無限大均勻帶電平面）的結(jié)果。而且例用式（1）求得的均勻帶電平行板電容器的能量也不是相互作用能Wi，嚴(yán)格講，它是電勢能。

2.兩種靜電場能量公式的等價性

2.1靜電場能量公式可以寫作

U=??dVdV可進(jìn)一步寫為U=??dVdV'

設(shè)φ（r）=?dV'則U=?ρ（r）φ（r）dV

由真空中的高斯公式?·E= E=-?φ

可得靜電場的泊松公式-?2φ=

將上式帶入靜電荷的能力公式U=?ρ（r）ρ（r）dV可得U=?-εφ（r）?2φ（r）dV

由-?2φ=帶入，得U=?EdV

可見兩個計算靜電場能量的公式U=??dVdV'和U=?EdV是等價的。

2.2兩電荷組成的電場的總能量

電場的能量是根據(jù)能量分布在整個電場中，各處的（下轉(zhuǎn)第273頁）（上接第264頁）能量體密度為U=

2

計算得到總的能量為U=

2dV

兩個帶電體所形成的的合場強為應(yīng)該是各電荷分別產(chǎn)生場強 1，2的矢量和，即=1+2將合場強帶入總的能

U=?

2dV=?（1+2）2dV

=?

2dV+=?

2dV+=?21·2dV

因此U1=?

12dV、U2=?

22dV、U12=?21·2dV

U1、U2是二帶電體所具有的固有能量，U12二者的相互作用能，因為此種能量的計算方式和利用點電荷計算能量的公式是等價的，所以相互作用能還可寫成

U12=

由于

12+

22≥2

1

·2，所以U總是大于0的，但是相互作用能U12=（ U12=?21·2dV）的正負(fù)卻是由兩個帶電體的帶電情況而定。

假如兩個點電荷是±q，那么相互作用能是負(fù)的。從上面的公式可知，相互作用能U12=（U12=?21·2dV）是總能量一部分，而系統(tǒng)的總能量U=?E2dV與±q之間的相互作用能U12=表面上看不相容，其根本原因是因為二者的意義不同。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]田曉岑.二靜電體系相互作用力與相互作用能一般關(guān)系的正確表達(dá)式[J].大學(xué)物理，2003，22（10）：20～1.

大學(xué)物理靜電場總結(jié)范文第2篇

關(guān)鍵詞： 數(shù)字歸納 高中物理 靜電場 公式 關(guān)系

一、引言

人教版高中物理選修3—1第一章《靜電場》是整個電磁學(xué)的開篇，有許多基礎(chǔ)的概念，對后續(xù)知識的學(xué)習(xí)起著鋪墊作用。在高考中，本章具有非常重要的地位，自江蘇省獨立命題以來，每年高考題中均考一道靜電場的選擇題，且難度較大。計算題中帶電粒子在電場中的運動與重力場、磁場的綜合更是近幾年高考的熱點、難點，學(xué)好本章內(nèi)容已成為在高考中取得優(yōu)異成績的關(guān)鍵。然而很多高中生在學(xué)完本章后認(rèn)為本章內(nèi)容太難，概念多、公式多、關(guān)系也多，而且十分抽象難懂，記憶難，遺忘快，因而對本章的學(xué)習(xí)普遍存在畏難情緒。

二、數(shù)字歸納法在《靜電場》中的優(yōu)勢

我從事高中物理教學(xué)多年，深刻認(rèn)識到要想學(xué)好本章必須從最基本的概念入手，理解并掌握各個物理量的定義及計算方法，理清各量之間的關(guān)系，熟記一些結(jié)論才能輕松應(yīng)對靜電場問題。在分析老版教材與新版教材中各概念之間的關(guān)系及順序后發(fā)現(xiàn)，老版教材在電勢、電勢差的定義上與新版教材有較大不同。新版教材中概念的確立更顯得自然，易接受，因為新版教材在各量之間的關(guān)系上過渡更自然，跨度更適中。受其啟發(fā)，我認(rèn)為要想更清晰、深刻地理解靜電場，應(yīng)重點從關(guān)系入手，巧妙分類。我看過不少同行寫的文章，其中普遍提到了分類處理，但由于本章的概念太多，即使分了類也不易記全、記住，故結(jié)合學(xué)生的記憶特點，在分類中巧妙地使用一些數(shù)字，可收到事半功倍的效果。

三、《靜電場》章節(jié)的數(shù)字歸納應(yīng)用

總體來說一章的內(nèi)容可概括為：“一種方法”、“兩個定律”、“兩種性質(zhì)”、“三類公式”、“八種關(guān)系”。由于學(xué)生對數(shù)字比較敏感，故總結(jié)中均用到了數(shù)字，其作用為使學(xué)生在課后理解時自我檢查有沒有重或漏，從而提高學(xué)習(xí)效率。

1.“一種方法”即類比的方法

用好類比法有助于理解新的概念，新教材知識線索的設(shè)計非常有利于知識的類比。比如：等勢面與等高線的；電容器和盛水容器，電容和盛水容器的截面積的類比；帶電粒子垂直進(jìn)入電場后的偏轉(zhuǎn)運動與平拋運動的類比，等等。根據(jù)靜電場與重力場的相似性，用類比推出靜電場的一些性質(zhì)，在類比電場強度的定義式后可得出電勢的定義式。從而有助于解決帶電粒子在電場中的電勢能變化時，只要分析電場力做功即可，這是一個基本的功能關(guān)系，解題時能夠一針見血、快速突破。對于一些物理量的定義很多學(xué)生不太在意，總認(rèn)為公式記住了，能做題就是了。其實不然，從表二中可以看出本章有好多這種比值定義的物理量，而且它們一般都有相同的特點，即該比值定義的物理量與定義式中的分子、分母無關(guān)，它是由電場自身決定的。并且可以把這個結(jié)論推廣至其他章節(jié)，如加速度的定義式a=、電阻的定義式R=、電容的定義式C=等。巧妙地利用類比，把這些物理量歸為一類，對于做一些概念性的判斷題是非常實用的。

2.“兩個定律”即電荷守恒定律和庫侖定律

這兩個定律在電場與靜力學(xué)綜合的問題處理上有重要的地位。庫侖定律和電荷守恒定律的經(jīng)典應(yīng)用題在試卷上出現(xiàn)的頻率很高，考查對基礎(chǔ)知識的掌握程度，對兩個定律比較熟悉的同學(xué)可以正確、快速地突破。也有庫侖定律與動力學(xué)的綜合題，以庫侖定律為基礎(chǔ)判斷出兩個電荷之間的作用力變化再由牛頓運動定律求解，可見庫侖定律是突破的關(guān)鍵。

3.“兩種性質(zhì)”與“三類公式”

“兩種性質(zhì)”即電場力的性質(zhì)和能的性質(zhì)。力的性質(zhì)包括電場強度、電場力、電場線；能的性質(zhì)包括電勢、電勢差、電勢能、電場力做功。由于概念繁多，不易理清，故設(shè)計以公式輔助理解概念的方法，將公式分為三類，即“三類公式”——定義式、決定式、關(guān)系式。將電容器的公式也包含在內(nèi)，可歸納如下：定義式：（1）電場強度E=，（2）電勢φ=，（3）電勢差U=，（4）電容C=；決定式：（1）真空中點電荷場強的決定式：E=k，（2）平行板電容器電容的決定式：C=；關(guān)系式：（1）電場力與場強的關(guān)系式：F=qE，（2）勻強電場電勢差與場強的關(guān)系式：U=Ed，（3）電勢能與電勢的關(guān)系式：E=qφ，（4）電場力做功與電勢差的關(guān)系式：W=qU，（5）電勢差與電勢的關(guān)系式：U=φ-φ，（6）電場力做功與電勢能變化的關(guān)系式：W=-E。

將定義式與決定式放在一起，能更好地理解比值定義的物理量在定義式中不能說與分子成正比與分母成反比；而在決定式中則清晰地表明了它的決定因素，故可以有正比、反比之說，從而能更深刻地理解概念。

4.關(guān)系

大學(xué)物理靜電場總結(jié)范文第3篇

明確“工程電磁場”在輸電線路工程專業(yè)課程體系中的定位

三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院輸電線路工程專業(yè)在大二上學(xué)期開設(shè)“工程電磁場”課程，此前學(xué)生只學(xué)習(xí)了“電路原理”這門學(xué)位課程，并未涉及其他專業(yè)或?qū)W位課程。因此，為學(xué)生講解輸電線路工程專業(yè)課程體系并明確“工程電磁場”在課程體系中的定位對學(xué)生學(xué)習(xí)這一課程顯得至關(guān)重要。

因輸電線路工程專業(yè)培養(yǎng)的是“從事輸電線路設(shè)計、施工、運行維護(hù)等行業(yè)的卓越工程技術(shù)人才”，其課程體系與傳統(tǒng)電氣類專業(yè)（電氣工程及其自動化）有本質(zhì)區(qū)別，主要涉及機械類和電氣類兩個方面。

首先，以工程實踐為學(xué)生講解機械類專業(yè)課程，如：西電東送工程中，需要將電能由貴州送至廣東。項目實施的第一步便是需要設(shè)計一條貴州至廣東的輸電線路，其中又包括支撐輸電線路的桿塔和基礎(chǔ)。因此本專業(yè)開設(shè)了“架空輸電線路設(shè)計”和“輸電桿塔及基礎(chǔ)設(shè)計”。設(shè)計工作審核完成之后，需要施工作業(yè)才能將設(shè)計好的圖紙轉(zhuǎn)化為實際的輸電線路，因此“輸電線路工程施工”便是本專業(yè)課程體系的另一專業(yè)課程。施工完成的輸電線路投入運行時，在各種惡劣氣象條件下，輸電線路會出現(xiàn)斷線、倒塔等故障，故必須對運行的輸電線路進(jìn)行維護(hù)，“架空輸電線路運行與維護(hù)”便是為讓學(xué)生掌握輸電線路運行故障而開設(shè)的專業(yè)課程。同時，這些專業(yè)課程都與學(xué)生今后的工作密不可分，如：電力設(shè)計院工作的學(xué)生需要熟練掌握“架空輸電線路設(shè)計”和“輸電桿塔及基礎(chǔ)設(shè)計”，施工單位（如送變電公司）工作的學(xué)生則側(cè)重“輸電線路工程施工”，檢修公司工作的學(xué)生更需要“架空輸電線路運行與維護(hù)”這方面的知識�？傮w說來，不同崗位的學(xué)生雖然要求的側(cè)重點不同，但因設(shè)計、施工及運維之間的相互關(guān)聯(lián)性，必然要求學(xué)生對每個方面都有所涉及，才能為以后的工作打下堅實基礎(chǔ)。

輸電線路雖然偏向機械，但其功能是為了傳輸電能，故輸電線路工程專業(yè)的學(xué)生必須具備相關(guān)電氣類專業(yè)知識，其主要包含有兩個方面。一是大一下學(xué)期已經(jīng)學(xué)習(xí)的“電路原理”，這是從“路”的角度研究輸電線路，它將實際的輸電線路簡化成電阻、電感及電容等集中參數(shù)，研究輸電線路總的電流、電壓及功率等；“電路原理”是后續(xù)專業(yè)課程“電力工程基礎(chǔ)”和“電力系統(tǒng)分析”的基礎(chǔ)課程。二是本文探討的課程“工程電磁場”，這是從“場”的角度出發(fā)，研究輸電線路中導(dǎo)線的電流分布、輸電線路附近的電磁場及絕緣子串的電場分布等；“工程電磁場”是后續(xù)專業(yè)課程“高電壓技術(shù)”的基礎(chǔ)課程。

綜上所述，在輸電線路工程專業(yè)體系中，“工程電磁場”屬于電氣類專業(yè)課程的一門基礎(chǔ)課程，它為“高電壓技術(shù)”提供相關(guān)電磁場的理論基礎(chǔ)。此外，因開設(shè)輸電線路工程專業(yè)的高校較少，本專業(yè)學(xué)生如需繼續(xù)攻讀碩士、博士研究生，一般選擇“高電壓與絕緣技術(shù)”這一研究方向，這就使得“工程電磁場”在輸電線路工程專業(yè)體系中占據(jù)一定的地位。

輸電線路專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)“工程電磁場”意義重大

輸電線路工程專業(yè)的學(xué)生對“工程電磁場”課程不重視的主要原因之一即是認(rèn)為這門課程對自己今后的工作沒有益處，這也是老師需要為學(xué)生解決的第一個問題：輸電線路工程專業(yè)的學(xué)生為什么要學(xué)習(xí)電磁場？首先，掌握電磁場知識將為輸電線路工程專業(yè)學(xué)生今后的工作安全提供保障。電力行業(yè)本身具有一定的危險，稍不留意便有危及人身安全的隱患。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，為傳輸更大的輸電功率，同塔雙回輸電線路已成為我國主干電網(wǎng)網(wǎng)架的發(fā)展趨勢，這就為輸電線路檢修、運行和接地開關(guān)設(shè)備的選型帶來新的問題。如：1000kV同塔雙回輸電線路一回正常運行、一回停電檢修時，若沒有學(xué)習(xí)電磁場知識，會誤以為停電檢修回路因為線路開路不存在電壓或電流。實際上，因為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象，停電檢修回路中存在很高的感應(yīng)電壓，有時甚至高達(dá)100kV，這一電壓對工作人員的人身安全有極大的威脅。其次，與用戶溝通亦需要學(xué)生具備電磁場知識。優(yōu)質(zhì)服務(wù)是供電企業(yè)的生命線，解決用戶問題是優(yōu)質(zhì)服務(wù)的基本條件。如：某些居住在輸電線路下方的居民反映金屬類工具帶電、電視機信號差等問題。只有掌握電磁場知識，才能理解為什么會存在這樣的問題，才能為用戶更好地解決這一問題。最后，電磁場幾乎存在于我們身邊的每一個角落。當(dāng)今的無線通信、廣播、雷達(dá)、遙控遙測、微波遙感、無線廣域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星定位以及光纖通信等信息技術(shù)都是利用電磁波作為載體傳輸信息的。可以說，現(xiàn)代文明離不開電磁場技術(shù)，這就是輸電線路工程專業(yè)開設(shè)電磁場以及學(xué)生必須學(xué)好電磁場的原因。

如何學(xué)好“工程電磁場”是關(guān)鍵

怎么學(xué)是學(xué)生最關(guān)心的問題。要學(xué)好工程電磁場，首先必須對電磁場有一個總體的認(rèn)知，總結(jié)為三個方面：散度與旋度；高斯定律與安培環(huán)路定律；麥克斯韋方程組。散度和旋度是電磁場中最重要的兩個概念。在學(xué)習(xí)散度和旋度的時候，一定要從物理意義上去理解它們；然而很多學(xué)生學(xué)習(xí)散度和旋度時，大部分精力花在了散度或旋度相關(guān)公式的推導(dǎo)，導(dǎo)致認(rèn)為學(xué)好電磁場必須要很強的數(shù)學(xué)功底，這樣可能會打擊學(xué)生學(xué)習(xí)電磁場的信心。散度，從字面出發(fā)，即表征場的發(fā)散性；若散度為零，表明場不具有發(fā)散性，即不會觀察到從一點會源源不斷地發(fā)散出場，反之則說明場具有發(fā)散性。以正的點電荷產(chǎn)生的電場為例（圖1（a）所示），其產(chǎn)生的電場由正的點電荷出發(fā)，終止于無窮遠(yuǎn)處，即電場源源不斷地由正的點電荷發(fā)散出來，場具有發(fā)散性，說明靜電場是散度場。旋度，從字面上理解則是表征場是否具有渦旋性。以無限長通電直導(dǎo)線為例（圖1（b）所示），其產(chǎn)生的磁場以導(dǎo)線為圓心，首尾相接形成閉環(huán)，即場具有渦旋性，說明恒定磁場是旋度場。掌握散度和旋度的物理意義，建立“散度即發(fā)散、旋度即渦旋”的思維方式，是學(xué)好工程電磁場的第一步。

工程電磁場之所以難，主要原因是其計算涉及大量微積分的知識。但是，不管計算過程如何復(fù)雜，高斯定律和安培環(huán)路定律都是電磁場計算問題的基礎(chǔ)。高斯定律用于計算電場，安培環(huán)路定律用于計算磁場；在場域內(nèi)選擇適合的計算域是運用高斯定律和安培環(huán)路定律的關(guān)鍵。計算域的選擇，其實就是對場的分布性質(zhì)的把握。計算正的點電荷的電場時，選擇的計算域是以點電荷為球心的一個球面。因為這一球面上電場強度大小處處相等，方向與高斯面方向一致，運用高斯定律相當(dāng)便利。計算無限長通電直導(dǎo)線的恒定磁場時，選擇的計算域則是以直導(dǎo)線為圓心、垂直于直導(dǎo)線的圓環(huán)。因為這一圓環(huán)上磁感應(yīng)強度大小處處相等，方向與圓環(huán)平行，運用安培環(huán)路定律即能計算磁感應(yīng)強度。掌握高斯定律與安培環(huán)路定律，有助于學(xué)生更進(jìn)一步理解場的性質(zhì)。

麥克斯韋方程組是工程電磁場的物理基礎(chǔ)，這一方程組主要包括四個方程，分別從電場的散度與旋度及磁場的散度與旋度出發(fā)全面闡述了電磁場的性質(zhì)，是這門課程的核心內(nèi)容。對于輸電線路工程專業(yè)的學(xué)生而言，希望通過對這門課程的總體認(rèn)知及學(xué)習(xí)，達(dá)到以下目標(biāo)：能夠通過散度與旋度理解電磁場的性質(zhì)，并能運用其定性分析輸電線路的電場分布、絕緣子的電場分布等；能夠熟練運用高斯定律與安培環(huán)路定律定量計算某些典型的電磁場數(shù)值；同時能夠理解麥克斯韋方程組，并能基于此方程組變換得到靜電場方程、恒定磁場方程等。

散度與旋度、高斯定律與安培環(huán)路定律、麥克斯韋方程組等內(nèi)容使學(xué)生對電磁場有了一個全面總體的認(rèn)知。此外，需要將方程的物理意義、積分形式、微分形式及場源特點等四個方面的內(nèi)容結(jié)合起來理解，才能達(dá)到更好的教學(xué)成果。以真空中的靜電場為例，其方程為：

大多數(shù)學(xué)生接觸到這一靜電場方程時，只是將之作為一個單純的數(shù)學(xué)表達(dá)式記憶；然而，只有理解與方程相關(guān)聯(lián)的物理意義才有助于掌握這一方程。方程左邊表示的是：電場強度E沿任一閉合曲面S的通量；方程右邊表示的是：閉合曲面S所包圍的體積V內(nèi)自由電荷的總量與真空介電常數(shù)之比。于是方程的物理意義即是：真空中的電場強度E通過任一閉合曲面S的通量等于該閉合面包圍的自由電荷的總量與真空介電常數(shù)之比。通過掌握方程的物理意義，能使靜電場方程變得更為形象。

同時，注意到通量與散度總是成對出現(xiàn)，即通量是積分形式、散度是微分形式。積分方程的左邊表示的是通量，其對應(yīng)的微分形式就是對電場強度求散度；積分方程的右邊表示的是體積分，根據(jù)散度的定義，其對應(yīng)的微分形式即是對自由電荷總量求體密度。于是基于上述靜電場方程的積分形式，可直接寫出積分形式的微分表達(dá)：

大學(xué)物理靜電場總結(jié)范文第4篇

一、認(rèn)真組織好課堂教學(xué)，努力完成教學(xué)進(jìn)度。

二、加強高考研討，實現(xiàn)備考工作的科學(xué)性和實效性。

本學(xué)期，物理備課組的教研活動時間較靈活。備課組成員將在教材處理、教學(xué)內(nèi)容的選擇、教法學(xué)法的設(shè)計、練習(xí)的安排等方面進(jìn)行嚴(yán)格的商討，確保教學(xué)工作正常開展。主要內(nèi)容分為兩部分：一是商討綜合科的教學(xué)內(nèi)容，確定教學(xué)知識點和練習(xí)。二是針對物理課上的教學(xué)問題展開研討，制定和及時調(diào)整對策，強調(diào)統(tǒng)一行動。另外，到外校取經(jīng)，借鑒外校老師的經(jīng)驗，聽取他們對高考備考工作的意見和建議，力求效果明顯。三是多向老教師學(xué)習(xí)，多聽他們的課，學(xué)習(xí)他們的課堂組織學(xué)習(xí)他們的教學(xué)思路，加強交流，取長補短，不斷改進(jìn)教學(xué)水平

三、對尖子生時時關(guān)注，不斷鼓勵。對學(xué)習(xí)上有困難的學(xué)生，更要多給一點熱愛、多一點鼓勵、多一點微笑。

四、經(jīng)常對學(xué)生進(jìn)行有針對性的心理輔導(dǎo)，讓他們遠(yuǎn)離學(xué)習(xí)上的困擾，輕松迎戰(zhàn)高考。五、構(gòu)建物理學(xué)科的知識結(jié)構(gòu),把握各部分物理知識的重點、難點

物理學(xué)科知識主要分力、電、光、熱、原子物理五大部分。

力學(xué)是基礎(chǔ)，電學(xué)與熱學(xué)中的許多復(fù)雜問題都是與力學(xué)相結(jié)合的，因此一定要熟練掌握力學(xué)中的基本概念和基本規(guī)律，以便在復(fù)雜問題中靈活應(yīng)用。力學(xué)可分為靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)以及振動和波。

靜力學(xué)的核心是質(zhì)點平衡，只要選擇恰當(dāng)?shù)奈矬w，認(rèn)真分析物體受力，再用合成或正交分解的方法來解決即可。

運動學(xué)的核心是基本概念和幾種特殊運動�；�本概念中，要區(qū)分位移與路程，速度與速率，速度、速度變化與加速度。幾種運動中，最簡單的是勻變速直線運動，用勻變速直線運動的公式可直接解決；稍復(fù)雜的是勻變速曲線運動，只要將運動正交分解為兩個勻變速直線運動后，再運用勻變速公式即可。對于勻速圓周運動，要知道，它既不是勻速運動(速度方向不斷改變)，也不是勻變速運動(加速度方向不斷變化)，解決它要用圓周運動的基本公式。

力學(xué)中最為復(fù)雜的是動力學(xué)部分，但是只要清楚動力學(xué)的3對主要矛盾：力與加速度、沖量與動量變化和功與能量變化，并在解決問題時選擇恰當(dāng)途徑，許多問題可比較快捷地解決。

振動和波是選考內(nèi)容，這一部分是建立在運動學(xué)和動力學(xué)基礎(chǔ)之上的，只不過加入了振動與波的一些特性，例如運動的周期性(解題時要注意通解，即符合要求的答案有多個)，再如波的干涉和衍射現(xiàn)象等等。

電學(xué)是物理學(xué)中的另一大部分，可分為：靜電、恒定電流、電與磁、交流電和電磁振蕩、電磁波5部分。

靜電部分包括庫侖定律、電場、場中物以及電容。電場這一概念比較抽象，但是電荷在電場中受力和能量變化是比較具體的，因此，引入電場強度(從電荷受力角度)和電勢(從能量角度)描寫電場，這樣電場就可以和力學(xué)中的重力場(引力場)來類比學(xué)習(xí)了。但大家要注意，質(zhì)點間是相互吸引的萬有引力，而點電荷間有吸引力也有排斥力；關(guān)于電勢能完全可以與重力勢能對比：電場力做多少正功電勢能就減少多少。為了使電場更加形象化，還人為加入了描述電場的圖線———電場線和等勢面，如果能熟練掌握這兩種圖線的性質(zhì)，可以幫助你形象理解電場的性質(zhì)。

場中物包括在電場中運動的帶電粒子和在電場中靜電平衡的導(dǎo)體。對于前者，可以完全按力學(xué)方法來處理，只是在粒子所受的各種機械力之外加上電場力罷了。對于后者要掌握兩個有效的方法：畫電場線和判斷電勢。

恒定電流部分的核心是5個基本概念(電動勢、電流、電壓、電阻與功率)和各種電路的歐姆定律以及電路的串并聯(lián)關(guān)系。特別強調(diào)的是，基本概念中要著重理解電動勢，知道它是描述電源做功能力的物理量，它的大小可以通俗理解為電源中的非靜電力將一庫侖正電荷從電源的負(fù)極推至正極所做的功。對于功率一定要區(qū)分熱功率與電功率，二者只有在電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時才相等。歐姆定律的理解來源于功能關(guān)系，使用時一定要注意適用條件。

電與磁的核心是三件事：電生磁、磁生電和電磁生力，只要掌握這三件事的產(chǎn)生條件、大小、方向，這一部分的主要矛盾就抓住了。這一部分的難點在于因果變化是互動的，甲物理量的變化會引起乙物理量的變化，而乙反過來又影響甲，這一變化了的甲繼續(xù)影響乙……這樣周而復(fù)始。

交流電這一部分要特別注意變壓器的原副線圈的電壓、電流、電功率的因果關(guān)系，對于已經(jīng)制作好的變壓器，原線圈的電壓決定副線圈的電壓(電壓在允許范圍內(nèi)變化)，而副線圈的電流和功率決定原線圈的電流和功率。

電磁振蕩、電磁波部分的難點在于LC振蕩回路中的各物理量變化，只要弄清電感線圈和電容的性質(zhì)，明確物理過程，掌握各物理量的變化規(guī)律，問題就不難解決。

在物理學(xué)科內(nèi)，電學(xué)與力學(xué)結(jié)合最緊密、最復(fù)雜的題目往往是力電綜合題，但運用的基本規(guī)律主要是力學(xué)部分的，只是在物體所受的重力、彈力、摩擦力之外，還有電場力、磁場力(安培力或洛侖茲力)，大家要特別注意磁場力，它會隨物體運動情況的改變而變化的。

六、高三復(fù)習(xí)策略

1、全面復(fù)習(xí)，打好基礎(chǔ)，降低難度，以不變應(yīng)萬變。高三復(fù)習(xí)要設(shè)法落實每一知識點，強化學(xué)科雙基，只有強化雙基才談得上能力，談得上多元目標(biāo)。由于時間緊，帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)應(yīng)重在概念、理論的剖析上，側(cè)重在核心和主干知識的基礎(chǔ)上，落實每一個知識點。

2、指導(dǎo)學(xué)生，學(xué)會復(fù)習(xí)，提高能力。學(xué)生應(yīng)自覺編織知識網(wǎng)絡(luò)，自己總結(jié)，強化用已學(xué)知識解決未學(xué)問題，再進(jìn)一步提高到用新學(xué)知識解決未學(xué)問題。理綜物理考試雖然考查得比較基礎(chǔ)，但題目比較新，基本上是沒有做過的原題，故學(xué)生應(yīng)該掌握總結(jié)、檢索、遷移、演繹、推理和歸納等學(xué)習(xí)方法，將知識轉(zhuǎn)化為能力。

3、創(chuàng)新、質(zhì)疑，強調(diào)聯(lián)系實際，強化實驗。建議在高三復(fù)習(xí)階段重做高中階段已做過的重要實驗，開放實驗室，但不要簡單重復(fù)。要求學(xué)生用新視角重新觀察已做過的實驗，要有新的發(fā)現(xiàn)和收獲，同時要求在實驗中做到“一個了解、五個會”。即了解實驗?zāi)康摹⒉襟E和原理；會控制條件(控制變量)、會使用儀器、會觀察分析、會解釋結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論，并會根據(jù)原理設(shè)計簡單的實驗方案。以實驗帶復(fù)習(xí)，設(shè)計新的實驗。進(jìn)一步完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)，明確認(rèn)識結(jié)論、過程和質(zhì)疑三要素，為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神打下基礎(chǔ)。學(xué)會正確、簡練地表述實驗現(xiàn)象、實驗過程和結(jié)論，特別是書面的表述。在日常生活中多視角地觀察、思考、理解生活、生產(chǎn)、科技和社會問題，學(xué)會知識的應(yīng)用。

大學(xué)物理靜電場總結(jié)范文第5篇

關(guān)鍵詞：靜電場；能量；電勢零點

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16723198（2023）10018701

1 引言

靜電能能的分析與計算是電磁理論領(lǐng)域的主要問題之一。電場的基本性質(zhì)是，它對于處在其中的任何其他電荷都有力的作用。靜電場的兩個主要特征有：（1）當(dāng)帶電體在電場中移動時，電場力將對帶電體做功；（2）處于電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)將受電場的作用而產(chǎn)生靜電感應(yīng)和極化現(xiàn)象。本文對不同形式計算公式的應(yīng)用條件進(jìn)行了分析比較，并分析電勢零點對公式形式的影響。

2 靜電能量幾種不同的計算公式及其差異

靜電能量幾種不同的計算公式：

電磁場能量的一般表達(dá)式如下：

W=12∫（D?E+B?H）dV

（1）

在一個封閉系統(tǒng)中有n個點電荷時，這些點電荷的相互作用能表達(dá)式為：

W互=12∑ni=1iqi

（2）

其中：i是第i個點電荷所處的電勢，不包含該點電荷自己的貢獻(xiàn)。

將式2推廣到電荷連續(xù)分布的情況下，可以推出電荷連續(xù)分布情況下的能量計算表達(dá)式：

We=12∫ρdV

（3）

再推廣至帶點導(dǎo)體系中，因為導(dǎo)體為等勢體，故能量的表達(dá)式為：

W互=12∑ni=1iqi

（4）

其中：i是第i導(dǎo)體上的電勢，此時它包含自身電荷的貢獻(xiàn)，qi為第i個導(dǎo)體上的總電量。

除上述三個之外，還存在在外電場作用下小區(qū)域電荷產(chǎn)生的靜電能。

U=12∫（ρ+ρe）（φ+φe）dV-12∫ρφdV-12∫ρeφedV

=12∫ρφedV+12∫ρeφdV

因為12∫ρφedV=12ρeφdV

即U=∫ρφedV

式（1）是點電荷與點電荷之間相互作用能的表達(dá)式，而式（2）、（3）則是電荷系總能量的表達(dá)式。并且始終φI的意義也是不同的。我們只要緊扣靜電能的定義才能正確理解以上各公式所表達(dá)的含義。

3 電勢零點的選擇與靜電能計算的關(guān)系

電勢是個相對的量，要確定某點的電勢必須選定參考點，即電勢零點從理論的角度上，電勢零點的選擇應(yīng)該是任意的，然而在某些特定的情況下，電勢零點的選擇卻受到了限制。

3.1 點電荷靜電能計算中電勢零點的選取

如果選取某個源電荷本身的位置為零點電勢，則會出現(xiàn)電場中任意點的電勢是一個趨于無窮的值，這就沒有意義了。因此，在計算點電荷產(chǎn)生的電勢時，電勢零點不能選在場源電荷（即點電荷處），而要選在除此之外的位置。

3.2 帶電體中電勢零點的選取

如果從無限遠(yuǎn)處看某帶電體，那么此時就可以將帶電體看成為一個點電荷，所以產(chǎn)生的場強近似為零，即在無限遠(yuǎn)處區(qū)域內(nèi)，認(rèn)為帶電體是等勢的。因此在計算電荷分布為有限的帶電體在周圍空間產(chǎn)生的電勢時，一般選擇無限遠(yuǎn)處一點為電勢零點。這樣電場中其他各點的電勢就可以確定了。

3.3 無限大帶電體中電勢零點的選取

無限大帶電體，比如“無限長”的導(dǎo)線，或者“無限大”的平面，“無限長”的圓柱面等帶電體，這些理想化的物理模型，其上面的電荷分布延伸到無限遠(yuǎn)處，在計算這些帶電體在周圍空間產(chǎn)生的電勢時，就不能選取無限遠(yuǎn)處為電勢零點，而只能選取其周圍一點有限遠(yuǎn)處為電勢零點，利用電的相對性和電勢差的絕對性來計算。

4 結(jié)論

（1）本文通過靜電場能量的性質(zhì)、特點，論述不用情況下，靜電場能量的計算公式。各個公式具有不同的性質(zhì)。

（2）本文闡述了電勢零點在三種不同的情況下的選取情況。

參考文獻(xiàn)

［1］趙凱華，陳熙謀.電磁學(xué)［M］.北京.高等教育出版社，1985.

［2］謝桂香.靜電場電勢零點的選擇［J］.長春師范學(xué)院學(xué)報，2007（2）.26（1）.