2021-2022学年高二物理竞赛课件：电场的能量能量密度.pptx

电场的能量电场的能量 能量密度能量密度 静电场的能量静电场的能量静电场的能量静电场的能量 状态状态 a 时的静电能是什么？时的静电能是什么？定定义义：把把系系统统从从状状态态a无无限限分分裂裂到到彼彼此此相相距距无无限限远远的的状状态态过过程程中中静静电电场场力力作作的的功功，叫叫作作系系统统在在状状态态a时的时的静电能静电能。又称。又称电场能电场能。或者说或者说：把这些带电体从无限：把这些带电体从无限远离的状态聚合到状态远离的状态聚合到状态a的过程的过程中，外力克服静电力作的功。中，外力克服静电力作的功。使物体带电使物体带电：外界：外界其他形式能量转变其他形式能量转变为带电体系的电能。为带电体系的电能。带电体系的静电能带电体系的静电能带电体系的静电能带电体系的静电能带电体系处于状态带电体系处于状态2/15全部变成系统储藏的能量全部变成系统储藏的能量 静电能静电能 带电体系静电能（电场能）的计算带电体系静电能（电场能）的计算带电体系静电能（电场能）的计算带电体系静电能（电场能）的计算 一带电系统，带电一带电系统，带电 q qi i 电势电势 V Vi i,再从再从处将处将 q qi i 移到该移到该系统，外力作功：系统，外力作功：分成分成 N N 步，外力作的总功步，外力作的总功:若带电体连续分布：若带电体连续分布：3/15再将再将dqdq电荷从无穷远处移到导体球面上，电荷从无穷远处移到导体球面上，要克服电场力作功：要克服电场力作功：例题例题1 1：一带电导体球，一带电导体球，带电量带电量 半径为半径为 ，求求:带电体系所储藏的静电能带电体系所储藏的静电能解：解：当导体球带电为当导体球带电为q q 时时,其电势为其电势为,当带电球带当带电球带电量时，静电能为：电量时，静电能为：4/15B AdSS电容器充电过程电容器充电过程:外力不断地把电荷元外力不断地把电荷元 dq 从从 负极板负极板迁移到迁移到正极板正极板极板上极板上电荷电荷从从0 Q，外力作功，外力作功:+-q(t)+q(t)-Q +Q设在时间设在时间 t 内，从内，从 B 板向板向 A 板迁移了电荷板迁移了电荷 电容器的电能电容器的电能电容器的电能电容器的电能 5/15B AdSS+-q(t)+q(t)-Q +Q忽略边缘效应，忽略边缘效应，外力作功外力作功 等于电容器中储等于电容器中储存的存的静电能静电能 We:6/15 电场能量密度电场能量密度电场能量密度电场能量密度 B AdSS+-q(t)+q(t)-Q +Q一般电场所存储的能量一般电场所存储的能量:（适用于所有电场适用于所有电场）单位体积内的电能单位体积内的电能7/15 静电能（电场能）与电势能的区别静电能（电场能）与电势能的区别静电能（电场能）与电势能的区别静电能（电场能）与电势能的区别1 1、静电能：静电能：通常指的是一个带电体或一个带电系统的总能量。通常指的是一个带电体或一个带电系统的总能量。2 2、电势能：电势能：通常指的是不同带电体之间相互作用能。通常指的是不同带电体之间相互作用能。3 3、带带电电系系统统的的静静电电能能：等等于于各各带带电电体体单单独独存存在在时时的的静静电电能能与形成该系统后它们之间相互作用的电势能之和。与形成该系统后它们之间相互作用的电势能之和。8/15例题例题2:半径为半径为2.0cm的导体球，外套同心的导体球壳，壳的内、的导体球，外套同心的导体球壳，壳的内、外半径分别为外半径分别为4.0cm和和5.0cm，当当内球的电荷量内球的电荷量为为310-8C时，时，(1)计算这个系统储存的静电能？计算这个系统储存的静电能？(2)如果用如果用导线把内球与导线把内球与导体球导体球壳连在一起壳连在一起，结果将如何？，结果将如何？(1)(1)由高斯定理由高斯定理解解:9/1510/15(2)(2)电荷的分布如图所示，由高斯定理电荷的分布如图所示，由高斯定理11/15例题例题3：有一带正电的肥皂泡，吹大到半径为原来的：有一带正电的肥皂泡，吹大到半径为原来的2 倍，问静倍，问静电能有什么变化？电荷的存在对吹泡有帮助还是有妨碍？电能有什么变化？电荷的存在对吹泡有帮助还是有妨碍？解：看成是半径为解：看成是半径为R的带电球，电的带电球，电量为量为Q，以无限远为电势零点。，以无限远为电势零点。静电能：静电能：电势：电势：讨论：讨论：保持保持Q不变，当不变，当R增大到增大到2R时，时，静电能变为静电能变为We/2；可；可见，静电能减小了，说明电场力作了正功，即帮助汽泡增大；见，静电能减小了，说明电场力作了正功，即帮助汽泡增大；从受力情况看，肥皂泡上每个电荷元都受到其他电荷的电场力从受力情况看，肥皂泡上每个电荷元都受到其他电荷的电场力作用，力的方向沿半径向外，半径增大时，电场力作正功，静作用，力的方向沿半径向外，半径增大时，电场力作正功，静电能减小。电能减小。12/15例题例题4：两个相同的空气电容器，其电容都是两个相同的空气电容器，其电容都是0.9010-9F，都充电到电压各为都充电到电压各为900V后断开电源，把其中之一浸入煤油后断开电源，把其中之一浸入煤油(r=2)中，然后把两个电容器并联，求：中，然后把两个电容器并联，求：(1)浸入煤油过程中浸入煤油过程中损失的静电场能；损失的静电场能；(2)并联过程中损失的静电场能。并联过程中损失的静电场能。解解:(1)原先每个电容器的能量相等原先每个电容器的能量相等将C2浸入煤油中13/15同学们再见！同学们再见！14/15