大学物理静电场课件(下)ppt.ppt

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1、为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 第八章 静电场 静电场中的导体与电介质静电场中的导体与电介质 电容电容 电容器电容器 电场的能量电场的能量为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益+感应电荷感应电荷一一 静电平衡条件静电平衡条件1 静电感应静电感应+85 静电场中的导体与电介质静电场中的导体与电介质Conductors and Dielectrics in the Static Field为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义

2、市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益+2 静电平衡静电平衡为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益静电平衡条件：静电平衡条件：（1）导体内部任何一点处的电场强度为零；导体内部任何一点处的电场强度为零；（2）导体表面处电场强度的方向，都与导导体表面处电场强度的方向，都与导体表面垂直体表面垂直.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益+导体表面为等势面导体表面为等势面推论：推论：导体为等势体导体为等势体导体内各点电势

3、相等导体内各点电势相等为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益二二 静电平衡时导体上电荷的分布静电平衡时导体上电荷的分布+结论：结论：导体内部无净电荷，导体内部无净电荷，电荷只分布在电荷只分布在导体导体表面表面.1实心导体实心导体高斯高斯面面为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益2空腔导体空腔导体 空腔内无电荷时空腔内无电荷时电荷分布在表面电荷分布在表面内表面？内表面？外表面？外表面？高斯高斯面面为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主

4、义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益若内表面带电，必等量异号若内表面带电，必等量异号 结论：结论：空腔内无电荷时，空腔内无电荷时，电荷分布在外表面电荷分布在外表面,内表面无电荷内表面无电荷.与导体是等势体矛盾与导体是等势体矛盾高斯高斯面面+为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 空腔内有电荷时空腔内有电荷时结论结论:空腔内有电荷空腔内有电荷+q时，空腔内表面有感时，空腔内表面有感 应电荷应电荷-q，外表面有感应电荷，外表面有感应电荷+q +高斯高斯面面qq-q为了规范事业单位聘用关系

5、，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益作扁圆柱形高斯面作扁圆柱形高斯面3 导体表面附近场强与电荷面密度的关系导体表面附近场强与电荷面密度的关系+S S+为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 带电导体尖端附近的带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而成为近的空气发生电离而成为导体产生放电现象导体产生放电现象 尖端放电现象尖端放电现象+为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障

6、用人单位和职工的合法权益静电感应静电感应电晕放电电晕放电可靠接地可靠接地带电云带电云带电云带电云避雷针的工作原理避雷针的工作原理+为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益三三 静电屏蔽静电屏蔽 1屏蔽外电场屏蔽外电场 用空腔导体屏蔽外电场用空腔导体屏蔽外电场为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 2屏蔽内电场屏蔽内电场+接地空腔导体屏蔽内电场接地空腔导体屏蔽内电场为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘

7、用制度，保障用人单位和职工的合法权益两个有用的结论：两个有用的结论：空腔导体（空腔导体（无论导体是否接地，也不管腔内有无论导体是否接地，也不管腔内有无电荷无电荷），），腔外带电体与腔外表面电荷在腔外壁腔外带电体与腔外表面电荷在腔外壁以内空间任意一点的合场强为零。以内空间任意一点的合场强为零。空腔导体（空腔导体（无论导体是否接地，也不管腔外有无论导体是否接地，也不管腔外有无电荷无电荷），腔内），腔内q 与内表面的感应电荷与内表面的感应电荷-q,对内壁对内壁以外空间任何一点的合场强为零。以外空间任何一点的合场强为零。四四 有导体存在时场强和电势的计算有导体存在时场强和电势的计算高斯定理、安培环路定

8、理高斯定理、安培环路定理电荷守恒定律电荷守恒定律静电平衡条件静电平衡条件电荷分布电荷分布为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益例例1 求求静电平衡后，金属板各表面的静电平衡后，金属板各表面的电荷面密度（已知电荷面密度（已知qa，qb，S）解解a.两板带两板带等量异号等量异号电荷电荷b.两板带两板带等量同号等量同号电荷电荷b.在两板间插入一中性金属板在两板间插入一中性金属板qaqbd.板板B 接地，各面接地，各面 为多少？若拆去为多少？若拆去B 板接地线板接地线,让让A板板接地，结果如何？接地，结果如何？为了规范事业单

9、位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益例例2 已知已知 R1,R2,R3,q,Q求求:1)电荷及场强分布电荷及场强分布;球心的球心的电势电势;2)如用导线连接如用导线连接A与B,结果如何结果如何?解解 1)电荷分布电荷分布由高斯定理，空间各点场强分布为由高斯定理，空间各点场强分布为为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益球心的电势球心的电势 2)连接连接A、B后，由于后，由于 中和，故只有球壳外表面带电中和，故只有球壳外表面带电为了规范事业单位聘用关系，建

10、立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益例例3 平行板电容器两板带电分别为平行板电容器两板带电分别为 (忽略边缘忽略边缘效应效应)，求两板之间的电场强度。，求两板之间的电场强度。解法解法2:解法解法1:例例4 如图如图,在一个接地的导体球附近有一个点电在一个接地的导体球附近有一个点电荷荷q,求导体球表面上感应电荷电量求导体球表面上感应电荷电量Q。OOR RqL-+为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 导体球导体球 A含有两个球形空腔，在腔中心分含有两个球形空腔，在腔中

11、心分别有别有qb、qc,导体球本身不带电。在距导体球本身不带电。在距 A中心中心 r远处远处有另一电荷有另一电荷qd (1)qb、qc各受多大力？各受多大力？(2)空腔对空腔对qb的作用力的作用力 F 是多大？是多大？(1)由于两空腔内电场均不受外由于两空腔内电场均不受外界影响界影响;且内表面感应电荷均匀且内表面感应电荷均匀分布分布,它们在腔内产生的场强处它们在腔内产生的场强处处为零处为零.所以所以qb、qc 受力为零。受力为零。(2)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会

12、主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益五五 电介质的极化电介质的极化电介质电介质-绝缘体，体内只有极少自由电子，介绝缘体，体内只有极少自由电子，介质引入电场后，将产生：介质极化。质引入电场后，将产生：介质极化。一一 何谓介质极化现象何谓介质极化现象1）它所产生的电场不足以将介质中的场完）它所产生的电场不足以将介质中的场完全抵消。全抵消。2）受到附近原子的束缚，只能在原子尺度内作微）受到附近原子的束缚，只能在原子尺度内作微小位移。小位移。这种电荷这种电荷 称之为称之为“极化电荷极化电荷”或或“束缚电荷束缚电荷”为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场

13、经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益无极无极分子：分子：正负电荷作用中心重合的分子。正负电荷作用中心重合的分子。（氢、甲烷、石蜡等）（氢、甲烷、石蜡等）有极有极分子：正负电荷作用中心重合的分子。分子：正负电荷作用中心重合的分子。（水、有机玻璃等）（水、有机玻璃等）电介质的分类电介质的分类为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益无极分子的位移极化无极分子的位移极化3 3）外场越强，分子电矩的矢量和越大，极化）外场越强，分子电矩的矢量和越大，极化 也越厉害（由实验结果推算，位移极化时也越厉害（由

14、实验结果推算，位移极化时 正负电荷中心位移仅有原子线度的十万分正负电荷中心位移仅有原子线度的十万分 之一。故位移极化总的看是很弱的）。之一。故位移极化总的看是很弱的）。1 1）位移极化是分子的等效正负电荷作用中心）位移极化是分子的等效正负电荷作用中心 在电场作用下发生位移的现象。在电场作用下发生位移的现象。2 2）均匀介质极化时在介质表面出现极化电荷，）均匀介质极化时在介质表面出现极化电荷，而非均匀介质极化时，介质的表面及内部而非均匀介质极化时，介质的表面及内部 均可出现极化电荷。均可出现极化电荷。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人

15、单位和职工的合法权益有极分子的转向（取向）极化有极分子的转向（取向）极化1 1）转向极化主要是由于分子电矩在外场作用下）转向极化主要是由于分子电矩在外场作用下 转向趋近于与外场一致所致。（此时虽有位移极化，转向趋近于与外场一致所致。（此时虽有位移极化，但产生的电矩远远小于由转向极化所产但产生的电矩远远小于由转向极化所产生的电矩，只有转向极化的万分之一）。生的电矩，只有转向极化的万分之一）。2 2）外场越大，电矩趋于外场方向一致性越好，电）外场越大，电矩趋于外场方向一致性越好，电矩的矢量和也越大。矩的矢量和也越大。综综述：述：1 1）不管是位移极化还是取向极化，其最后的）不管是位移极化还是取向极

16、化，其最后的宏观效果都是产生了极化电荷。宏观效果都是产生了极化电荷。2 2）两种极化都是外场越强，极化越厉害）两种极化都是外场越强，极化越厉害所产生的分子电矩的矢量和也越大。所产生的分子电矩的矢量和也越大。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益例例1 无限大均匀电介质中的两个点电荷无限大均匀电介质中的两个点电荷q,q0+q0+q（F 比真空中小比真空中小 倍）倍）例例2 平行板电容器中充满均匀电介质平行板电容器中充满均匀电介质（E 比真空中小比真空中小 倍）倍）为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济

17、体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益$束缚电荷的作用相当于减少原电荷的电量；束缚电荷的作用相当于减少原电荷的电量；$对均匀电介质，极化电荷只出现在表面；对均匀电介质，极化电荷只出现在表面；$有关电场在真空中的所有公式，当充满均有关电场在真空中的所有公式，当充满均匀电介质，只要将公式中的匀电介质，只要将公式中的 改为介质的介改为介质的介电常数电常数 即可。即可。$当充满均匀电介质当充满均匀电介质,其内部的电场强度为原其内部的电场强度为原电场强度的电场强度的 倍；倍；为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的

18、合法权益一一 孤立导体的电容孤立导体的电容单位：单位：孤立孤立导体带电荷导体带电荷Q与其电势与其电势V的比值的比值8-6 电容电容 电容器电容器Capacitance 、Capacitor为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益例例 球形孤立导体的电容球形孤立导体的电容 地球地球为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益二二 电容器电容器按形状：柱型、球型、平行板电容器按形状：柱型、球型、平行板电容器按型式：固定、可变、半可变电容器按型式：固定、

19、可变、半可变电容器按介质：空气、塑料、云母、陶瓷等按介质：空气、塑料、云母、陶瓷等 1 电容器电容器分类分类电容器：两相互绝缘的导体组成的系统。电容器：两相互绝缘的导体组成的系统。电容器的两极板常带等量异号电荷。电容器的两极板常带等量异号电荷。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 电容的大小仅与导体的电容的大小仅与导体的形状形状、相对位置相对位置、其间的电其间的电介质介质有关，与所带电荷量有关，与所带电荷量无关无关.2 电容器电容电容器电容为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人

20、员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3 电容器电容的计算电容器电容的计算（1 1）设两极板分别带电设两极板分别带电Q （3 3）求两极板间的电势差求两极板间的电势差步骤步骤（4 4）由由C=Q/U求求C（2 2）求两极板间的电场强度求两极板间的电场强度为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益例例1 平行平行平板电容器平板电容器解解+-为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益例例2 圆柱形电容器圆柱形电容器设设两圆两圆柱柱面单位长度上分别带电

21、面单位长度上分别带电+-解解为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益平行板电平行板电容器电容容器电容+-为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益例例3球形电容器的电容球形电容器的电容设内外球带分别带电设内外球带分别带电Q解解为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1)（平行板电容）（平行板电容）2)（孤立导体球电容）（孤立导体球电容）为了规范事业单位聘用关系，建立和完善

22、适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益设两金属线的电荷线设两金属线的电荷线密度为密度为 例例4 4 两半径为两半径为R的平行长的平行长直导线，中心间距为直导线，中心间距为d，且，且dR,求单位长度的电容求单位长度的电容.解解为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益三三 电容器的并联和串联电容器的并联和串联1 电容器的并联电容器的并联2 电容器的串联电容器的串联为了

23、规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益ABCABC+-串联串联并联并联特例：特例：无论是串联还是并联，只要有一个电容增大无论是串联还是并联，只要有一个电容增大,则总电容增大。且始终满足：则总电容增大。且始终满足：说明：说明：为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益四四 电介质对电容的影响电介质对电容的影响2.若按等势面若按等势面分层均匀充满分层均匀充满电介质，则仍按电介质，则仍按 电容定义式计算电容电容定义式计算电容1.两导体板之间两导体板之间均

24、匀充满均匀充满电介质时，将电容电介质时，将电容公式中的公式中的 改为改为 即可。即可。解解d1d2为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.若将两种介质交界面处插入一金属薄板若将两种介质交界面处插入一金属薄板,则则d1d24.电容器的两板之间平行放入一层金属板电容器的两板之间平行放入一层金属板dd5.电介质的击穿电介质的击穿 :电容器充了介质后电容器充了介质后,既增大了既增大了电容值电容值,又提高了耐压能力。又提高了耐压能力。解解解：解：原电容器看成两个电容器的串联原电容器看成两个电容器的串联为了规范事业单位聘用关系

25、，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益一一 电容器的电能电容器的电能+-+87 电场的能量电场的能量 能量密度能量密度Energy of Electric Field、Energy Density 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益二二 静电场的能量静电场的能量 能量密度能量密度电场空间所存储的能量电场空间所存储的能量 电场能量密度电场能量密度为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益例

26、例1 如图如图,球形电容器的内、外半径分别为球形电容器的内、外半径分别为R1和和R2,所带电荷为所带电荷为Q.若在两球壳间充以电容率为若在两球壳间充以电容率为 的电介质的电介质,问此电容器贮存的电场能量为多少问此电容器贮存的电场能量为多少?Q-Q解解为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（球形电容器）（球形电容器）讨讨 论论（1）（2）（孤立导体球）（孤立导体球）为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益例例2 求半径求半径R,带电量带电量Q的均匀带电球体静电能的均匀带电球体静电能解解 Rrdr例例3 比较尺寸相同的均匀比较尺寸相同的均匀带电球体带电球体和均匀和均匀带电带电导体球导体球的静电能的大小。的静电能的大小。由于在球外它们的电场相同，而在导体球内由于在球外它们的电场相同，而在导体球内的电场强度为零，所以导体球的静电能小些。的电场强度为零，所以导体球的静电能小些。解解 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益例例4 如图，求两个均匀带电圆如图，求两个均匀带电圆柱形球面的静电能。柱形球面的静电能。(已知已知 L R2-R1 )解解 R1R2L