2021-2022学年高二物理竞赛课件：电场的能量(共14张PPT).pptx

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1、电场的能量 带电系统带电带电系统带电:电荷相对移动电荷相对移动外力克服电场力做功外力克服电场力做功电场电场能量。能量。电场的能量电场的能量一、点电荷系统的能量一、点电荷系统的能量一、点电荷系统的能量一、点电荷系统的能量电能：电能：n个点电荷系统的电能：个点电荷系统的电能：q1r rq2连续分布带电体的电能：连续分布带电体的电能：连续分布带电体的电能：连续分布带电体的电能：有电介质时静电场的计算有电介质时静电场的计算有电介质时静电场的计算有电介质时静电场的计算 1.根据介质中的高斯定理计算出电位移矢量根据介质中的高斯定理计算出电位移矢量2.根据电场强度与电位移矢量的关系计算场强根据电场强度与电位

2、移矢量的关系计算场强本课程只要本课程只要求特殊情况求特殊情况各向同性电介质各向同性电介质 分布具有某些对称性分布具有某些对称性电介质分布电介质分布的对称性的对称性均匀无限大介质充满全场均匀无限大介质充满全场介质分界面为等势面介质分界面为等势面介质分界面与等势面垂直介质分界面与等势面垂直 例例例例.自由电荷面密度为自由电荷面密度为 0的平行板电容器，其极化电的平行板电容器，其极化电荷面密度为多少？荷面密度为多少？+0-0-+D D解：解：解：解：由介质中的高斯定理由介质中的高斯定理电容器电容器电容器电容器的能量的能量的能量的能量-q+quAB+dq 电容器的电能：电容器的电能：电中性电场电场电场

3、电场的能量的能量的能量的能量 能量密度能量密度能量密度能量密度V=Sd为电容器体积为电容器体积电能是储存在电能是储存在电能是储存在电能是储存在(定域在定域在定域在定域在)电场中。电场中。电场中。电场中。电场的能量密度电场的能量密度(energy density)：单位体积电场所具有单位体积电场所具有的能量。的能量。-q+quAB 注：注：对任意电对任意电场均成立场均成立电场能量电场能量(energy of electric field)：例例例例.求求真空中一半径为真空中一半径为a、带电量为、带电量为Q的均匀球体的的均匀球体的静电场能。静电场能。aQ解一：解一：解一：解一：球内场强：球内场强：

4、球外场强：球外场强：aQ解二：解二：解二：解二：电场能是以体密度定域分布在空间内的静电能。电场能是以体密度定域分布在空间内的静电能。思考思考思考思考:半径为半径为R、带电量为、带电量为Q的均匀带电球面，其的均匀带电球面，其静电能与球体的静电能相比，哪个大？静电能与球体的静电能相比，哪个大？四维时空四维时空四维时空四维时空洛仑兹变换的几何化洛仑兹变换的几何化洛仑兹变换的几何化洛仑兹变换的几何化坐标变量：坐标变量：时空间隔：时空间隔：不同惯性系不同惯性系对应四维时空的对应四维时空的转动操作转动操作(投影变化，但时空间投影变化，但时空间隔不变隔不变)，其变换关系即洛仑兹，其变换关系即洛仑兹变换。变换

5、。四维时空中的一点四维时空中的一点 事件事件 “世界点世界点世界点世界点”四维时空中的线四维时空中的线 事件的进程事件的进程 “世界线世界线世界线世界线”光锥：离开和到达某世界点的所有世界线光锥：离开和到达某世界点的所有世界线 组成的三维曲面组成的三维曲面光锥把光锥把xy ct曲面分成了四个区：曲面分成了四个区：类时区类时区类空区类空区xyictO光锥光锥光锥光锥（类光区类光区类光区类光区）未来未来过去过去真空中光速不变真空中光速不变 所有光锥倾斜程度相同所有光锥倾斜程度相同 例例.在惯性系S中，有两事件同时发生在xx 轴上相距1.0103m处，从S观察到这两事件相距2.0103m。试问由S 系测得此两事件的时间间隔为多少？解：解：解：解：由洛仑兹变换得由洛仑兹变换得由洛仑兹变换得由洛仑兹变换得解法二解法二解法二解法二