物理 静电场中的导体和电介质复习.ppt

1、1,2,掌握导体静电平衡条件及 性质，并会分析实际问题：确定电荷分布，求E，V（及相关物理量W，C等）,（1）根据导体静电平衡条件直接确定 （2）根据电荷分布，求E，V，W，C 具体问题： 具有高度对称性的带电体,一 静电场中的导体,静电平衡条件,静电平衡时电场分布 导体内部 E内= 0 导体表面,静电平衡时电势分布 导体为等势体 导体表面为等势面,4,静电平衡时电荷分布： 导体内部无净电荷 电荷只分布在导体(内、外)表面 空腔内无电荷，电荷只分布在导体外表面 空腔内有电荷，内表面带等量异号电荷，外表面增加等量同号电荷,空腔导体,+,q,空腔导体,5,（3）电荷在导体表面上的分布规律 一般情况

2、下很复杂 （形状、周围情况 孤立导体电荷分布由导体的几何条件决定,腔内无带电体时（第一类空腔） 内表面处处没有电荷；腔内无电场,腔内有带电体q时（第二类空腔） 电量分布：,导体空腔,7,腔内有电场 只与腔内带电体及腔内的几何因素有关 腔外电场 只与腔外带电体及腔外的几何因素有关,8,静电屏蔽的装置-接地导体壳,静电屏蔽： 腔内、腔外的场互不影响,但为了使壳外电场不受壳电荷数量变化的影响，导体壳必须接地。,不论导体壳是否接地，壳内电场都不受壳外电荷位置和数量变化的影响，壳外电场也不受壳内电荷位置变化的影响。,9,关于接地：意味着 （1） （2）壳外无电荷时，电荷为零 （3）壳外有电荷时，不完全中

3、和。,注意导体接地仅仅意味着电势为零，而不一定是导体上的电荷为零,10,求解有导体时的静电场遵循的基本原则：,1）无论电荷如何重新分布，体系的电荷必须满足电荷守恒定律。,2）金属在达到静电平衡时，金属内部的场强必定为零。,3）高斯定理。,二 有介质时高斯定理,通过任意封闭曲面的电位移矢量的通量，等于该封闭面所包围的自由电荷的代数和，与极化电荷无关,各向同性、线性介质,理论地位：描述场的性质，有源无旋 不仅适用于介质，也适用于真空。 高斯面上任一点D是由空间总的电荷的分布决定的，不能认为只与面内自由电荷有关 可以用来计算某些对称性场分布,13,电位移线及其特点：,电位移线有方向曲线，它满足（1）

4、其切向就是电位移的方向，（2）其密度等于电位移的大小。,电位移通量穿过某一有向曲面的电位移线的条数。,由电介质中的高斯定理，我们可以知道：电位移线总是起始于自由正电荷终止于自由的负电荷。,14,的比较,定义：,单位：,通量：,场线：,15,关于介质的其他知识点,1、介质极化机理 2、各项通行均匀介质极化电荷只分布在介质表面上 3、平行板电容器，球形电容器和圆柱形电容器充满各项同性均匀电介质后，电容增大r倍,16,三、电容和电容器复习,1、孤立导体的电容,定义,物理意义： 使导体每升高单位电势所需的电量 反映导体储存电荷的本领 反映导体储存能量的本领,17,2、 电容器及其电容,（1）电容器,导

5、体壳B和其腔内的导体A组成的导体系，叫做电容器。,电容的定义式,18,q空腔内表面所带电荷，封闭空腔内电势差与外部电荷无关,极板间的电场分布仅由两极板的所带电量q和几何条件（形状、大小、相对位置和介质）决定静电屏蔽作用,任意导体组存在电容，一般不称为电容器电容受周围导体的影响，不固定。,19,（1） 平行平板电容器,+ + + + + +,- - - - - -,3. 几种形状的电容量的电容,C正比于极板面积S，反比于极板间隔d。,20,（2）球形电容器的电容,孤立导体球电容,21,（3） 圆柱形电容器,两圆柱面单位长度上分别带电,22,（4）电介质电容器,真空电容器与充满某种均匀电介质时电容

6、器相比,r叫做介质的相对相对介电常量（相对电容率），它是表征电介质本身特性的物理量，是一个无量纲的纯数。,叫做电介质的电容率，单位与真空电容率相同。,23,4 电容器电容的计算,（1）设两极板分别带电Q,（3）求两极板间的电势差U,步骤,（4）由C=Q/U求C,（2）求两极板间的电场强度,计算电容的又一种方法：,24,5 电容器的并联和串联,工厂生产的电容器是系列化的，当遇到所需的电容器在电容的数值或耐压能力方面不能满足要求时，可以把几个电容器并联或串联起来使用,电容器的性能指标,耐压，指电容器工作时所能承受的电压值。,电容量：电容器的电容值。,25,(1) 电容器的串联,电容器串联的物理实质

7、相当于增加了极板的间距。,26,(2) 电容器并联,其物理实质相当于增加了电容器的极板面积。,四 静电场的能量,（1）,（2）电容器能量,（3）功能转换,讨论,1 图示一均匀带电 +Q ，半径R 的导体球，在导体内部一 点 A，球表面附近一点B(与球心距离为r）的电场强度为多少？电势为多少？若移来一导体 +q ，则此时A，B 的电场强度又为多大？ A的电势为多少？,引入带电体,1. 对于带电的孤立导体球 （ ） (A) 导体内的场强与电势大小均为零； (B) 导体内的场强为零，而电势为恒量； (C) 导体内的电势比导体表面高； (D) 导体内的电势与导体表面的电势高低无法确定。 答案：B,30

8、,2. 在一不带电荷的导体球壳的球心处放一点电荷，并测量球壳内外的场强分布如果将此点电荷从球心移到球壳内其它位置，重新测量球壳内外的场强分布，则将发现：（ ） (A) 球壳内、外场强分布均无变化； (B) 球壳内场强分布改变，球壳外不变； (C) 球壳外场强分布改变，球壳内不变； (D) 球壳内、外场强分布均改变。 答案：B,31,3. 关于 的高斯定理，下列说法中哪一个是正确的？ （ ） (A) 高斯面内不包围自由电荷，则面上各点电位移矢量 为零； (B) 高斯面上处处 为零，则面内必不存在自由电荷； (C) 高斯面的 通量仅与面内自由电荷有关； (D) 以上说法都不正确。 答案：,32,4

9、.一平行板电容器始终与端电压一定的电源相联当电容器两极板间为真空时，电场强度为 ，电位移为 ，而当两极板间充满相对介电常量为er的各向同性均匀电介质时，电场强度为 ，电位移为 ，则 （ ） (A) ， (B) ， (C) ， (D) ， 答案：B,33,5. 一平行板电容器中充满相对介电常量为er的各向同性均匀电介质已知介质表面极化电荷面密度为s，则极化电荷在电容器中产生的电场强度的大小为： （ ） (A) (B) (C) (D) 答案：A,34,6. 极板间为真空的平行板电容器，充电后与电源断开，将两极板用绝缘工具拉开一些距离，则下列说法正确的是 （ ） (A) 电容器极板上电荷面密度增加；

10、 (B) 电容器极板间的电场强度增加； (C) 电容器的电容不变； (D) 电容器极板间的电势差增大。 答案：D,35,D,7.用力F把电容器中的电介质板抽出，在(a)和(b)的两种情况下,电容器中储存的静电能量将 都增加 ; (B)都减少 ; (C)(a)增加,(b)减少 ; (D)(a)减少,(b)增加, ,8. 一空气平行板电容器充电后与电源断开，然后在两极板间充满某种各向同性、均匀电介质，则电场强度大小E、电容C、电压U、电场能量W四个量各自与充入介质前相比增大（ ）或减小（ ）的情况为,(A) E C U W ; (B) E C U W ; (C) E C U W ; (D) E C

11、 U W ., ,B,9. A、B为两个电容值都为C的电容器，已知A带电量为Q,B带电量为2Q，现将A、B并联在一起后,则系统的能量变化 =,10. 电容量分别为C1和C2的两个电容器，并联后加上电压U，则电容器组储存的电量为 ，储存的能量为 ；若改成串联后再加上电压U，此时电容器组储存的电量为 ，储存的能量为 .,39,11 一球型导体，带电荷量为q，置于一任意形状的空腔导体内，当用导线将两者连接后，与未连接前相比，系统的静电场能量将 （A）增大 （B）减少 （C）不变 （D）无法确定,q,40,1.如图所示，一内半径为a、外半径为b的金属球壳，带有电荷Q，在球壳空腔内距离球心r处有一点电荷

12、q。设无限远处为电势零点，试求： (1) 球壳内外表面上的电荷。 (2) 球心O点处，由球壳内表面上电荷产生的电势。 (3) 球心O点处的总电势。,计算,41,解：(1) 由静电感应，金属球壳的内表面上有感生电荷-q，外表面上带电荷q+Q。 (2) 不论球壳内表面上的感生电荷是如何分布的，因为任一电荷元离O点的 距离都是a，所以由这些电荷在O点产生的电势为,42,(3) 球心O点处的总电势为分布在球壳内外表面上的电荷和点电荷q在O点产生的电势的代数和,43,2 一半径为a的导体球, 被围在内半径为b、外半径为c的同心导体球壳内，若导体球带电荷量为Q， 求 E (r)和导体球表面电势.,(1) 由静电感应，金属球壳的内表面上有感生电荷-Q，外表面上带电荷-Q，电荷均匀分布,44,解,45,46,3 一半径为a的导体球, 被围在内半径为b、外半径为c，相对介电系数为r 的介质同心球壳内，若导体球带电荷量为Q， 求 D(r)，E (r)和导体表面 电势.,47,解,48,49,50,4 如图，一平行板电容器极板面积为S，中间充有两层介质，其厚度和电容率分别d1 、1 和d2 、2，求该电容器的电容.,51,解,此题可看成两个电容器的串联,