物理学06静电.ppt

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1、11/13/2022111/13/2022作者：赵龙作者：赵龙物理学06静电 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望11/13/2022211/13/2022作者：赵龙作者：赵龙国际单位制：法拉国际单位制：法拉由由 知，当知，当 时时比较地球半径比较地球半径电容常用单位电容常用单位 这种附近没有其它带电体的情况，称这种附近没有其它带电体的情况，称孤立导体孤立导体，选，选 当孤立导体附近存在其它导体时，电场和电势当孤立导体附近存在其它导体时，电场和电势都要发

2、生改变，因而孤立导体的电容也要发生改变。都要发生改变，因而孤立导体的电容也要发生改变。物理意义：导体电势为物理意义：导体电势为 1 伏特时，导体所带电量。伏特时，导体所带电量。211/13/2022311/13/2022作者：赵龙作者：赵龙最简单的电容器最简单的电容器-平行板电容器平行板电容器14.3.2 电容器电容器 为消除其它导体对电场的影响，通常根据静电屏蔽的为消除其它导体对电场的影响，通常根据静电屏蔽的原理，设计一种导体组合原理，设计一种导体组合-电容器电容器311/13/2022411/13/2022作者：赵龙作者：赵龙取取若若定义：定义：电容电容则有则有平行板电容器电容的物理意义：

3、平行板电容器电容的物理意义：两极板的电势差为两极板的电势差为1 伏特时，某一伏特时，某一极板带电荷的绝对值。极板带电荷的绝对值。平行板电容器电容平行板电容器电容 C 与与Q、U 无关，无关，只与电容器本身的材料及结构有关。只与电容器本身的材料及结构有关。411/13/2022511/13/2022作者：赵龙作者：赵龙1、圆柱型电容器、圆柱型电容器14.3.3 典型电容器典型电容器两同轴圆筒之间充满电介两同轴圆筒之间充满电介质质内筒带电内筒带电+Q 外筒带外筒带电电 Q，假设假设忽略两端边缘效应，高斯面如图忽略两端边缘效应，高斯面如图511/13/2022611/13/2022作者：赵龙作者：赵

4、龙611/13/2022711/13/2022作者：赵龙作者：赵龙2、球形电容器、球形电容器内球内球 ，外球，外球 电介质电介质711/13/2022811/13/2022作者：赵龙作者：赵龙14.3.4 电容器的连接电容器的连接由公式由公式工程技术上需要增大工程技术上需要增大 Q方法方法(1)、增加、增加电容击穿，介质击穿电容击穿，介质击穿 方法方法(2)、增加、增加 C 由平行板电容器由平行板电容器体积大体积大耐低压耐低压 材料贵材料贵电容器的耐压和容量不能同时满足。工程采用多个电容器的耐压和容量不能同时满足。工程采用多个电容器的联接方式来满足不同的需求。电容器的联接方式来满足不同的需求。

5、811/13/2022911/13/2022作者：赵龙作者：赵龙1、电容器的串联、电容器的串联 C 点网络电荷守恒点网络电荷守恒911/13/20221011/13/2022作者：赵龙作者：赵龙n个电容串联时个电容串联时 得得当当 时时1011/13/20221111/13/2022作者：赵龙作者：赵龙n个电容器并联时个电容器并联时2、电容器的并联、电容器的并联等效电容等效电容1111/13/20221211/13/2022作者：赵龙作者：赵龙14.3.5 带电系统的能量带电系统的能量金属球壳带电体带电量金属球壳带电体带电量 Q，选取电势，选取电势 0点点建立过程：将建立过程：将 dq 从无穷

6、远不断地搬运至从无穷远不断地搬运至 Q 的过程的过程在此过程中，外力做功在此过程中，外力做功带电量为带电量为 Q 时，外力做功为时，外力做功为带电系统的能量带电系统的能量=外力移动电荷做功外力移动电荷做功 因静电力是保守力，带电体电量建立的过程，也是因静电力是保守力，带电体电量建立的过程，也是其系统能量建立的过程。其系统能量建立的过程。1211/13/20221311/13/2022作者：赵龙作者：赵龙球形导体，半径球形导体，半径R，带电带电 Q任意时刻带电任意时刻带电 q1311/13/20221411/13/2022作者：赵龙作者：赵龙14.3.6 电容器的能量电容器的能量以平行板电容器为

7、例说明：以平行板电容器为例说明：AB 两板分别带两板分别带+Q -Q建立过程建立过程-外力移动外力移动 dq 由由 B 板至板至 A 板，某一时刻，板，某一时刻，A 板带电板带电 q，B 板带电板带电-q外力做功外力做功全过程全过程由功能原理由功能原理即电容即电容 C 带电带电 Q 时，具有能量时，具有能量1411/13/20221511/13/2022作者：赵龙作者：赵龙 带电体的带电过程，也是其周围电场建立的过程。带电体的带电过程，也是其周围电场建立的过程。带电系统的能量是以电场的形式存在的，即电场具有带电系统的能量是以电场的形式存在的，即电场具有能量。能量。8.6.7 电场的能量电场的能

8、量1511/13/20221611/13/2022作者：赵龙作者：赵龙可以证明，该公式是普适公式可以证明，该公式是普适公式任意电场的总能量任意电场的总能量由平行板电容器的结果由平行板电容器的结果能量均匀分布在电容器内部能量均匀分布在电容器内部定义：电场能量密度定义：电场能量密度-单位体积内的电场能量单位体积内的电场能量1611/13/20221711/13/2022作者：赵龙作者：赵龙例题例题-1 已知半径已知半径R 金属球带电金属球带电Q，求金属球的电场能量，求金属球的电场能量解：解：电场能量与做功相同电场能量与做功相同1711/13/20221811/13/2022作者：赵龙作者：赵龙例题

9、例题-2球形电容器球形电容器RA RB，两球之间电介质，两球之间电介质 带电如图，带电如图，求：电场能量求：电场能量?解：根据电介质中的高斯定律解：根据电介质中的高斯定律1811/13/20221911/13/2022作者：赵龙作者：赵龙根据电场能量求电容，是求电容的另一种方法。根据电场能量求电容，是求电容的另一种方法。比较比较可得可得与前结果相同与前结果相同1911/13/20222011/13/2022作者：赵龙作者：赵龙解：由功能原理解：由功能原理例题例题-3平行板电容器，极板面积平行板电容器，极板面积 S，间距，间距 d，充电，充电 Q 后，后，将两板距离拉开至将两板距离拉开至 2d(

10、1)、求：外力所做功、求：外力所做功2011/13/20222111/13/2022作者：赵龙作者：赵龙B 极板带电极板带电-Q(2)、求：两极板之间的相互吸引力、求：两极板之间的相互吸引力解法解法(1)两板拉开过程中，两板拉开过程中，E 不变，不变，F 不变不变解法解法(2)A 极板单独存在时产生电场极板单独存在时产生电场2111/13/20222211/13/2022作者：赵龙作者：赵龙1、导体的电容、导体的电容 2、电容器的电容、电容器的电容(1)、平行板电容器电、平行板电容器电容容(2)、串联电容器、串联电容器(3)、并联电容器、并联电容器小小 结结2211/13/20222311/13/2022作者：赵龙作者：赵龙3、电场的能量、电场的能量 (2)、总能量、总能量(1)、能量密度、能量密度要要 求求1、理解电容的定义，掌握简单电容器电容的计算方法；、理解电容的定义，掌握简单电容器电容的计算方法；2、理解电容器的能量公式，并能计算电容器的能量；、理解电容器的能量公式，并能计算电容器的能量；3、理解电场能量密度的概念，并能计算电场的能量。、理解电场能量密度的概念，并能计算电场的能量。23