《医用物理学》教学课件：5-静电场-3

1、第五章 静电场,5-1 库仑定律 5-2 高斯定理 5-3 静电场力的功 电势 5-4 静电场中的电介质 5-5 静电场的能量,2013.3.28 广州塔,2010年9月22日晚上8点45分，美国摄影师杰费恩拍摄到闪电直接打在自由女神像上的惊人照片，此时费恩58岁，他尝试拍摄闪电打中自由女神像的照片已经有40多年了，从少年时期刚接触摄影开始，这就是他的一个心愿。,导体 绝缘体 1. 导体 conductor 存在大量的可自由移动的电荷 2. 绝缘体 （电介质） dielectric 没有可以自由移动的电荷 3. 半导体 semiconductor 介于导体和绝缘体之间,5-4 静电场中的电介质

2、,本节讨论电介质与电场的相互影响,5.4.1 电介质及其结构,极性分子（水、有机玻璃等） 非极性分子（氢、甲烷、石蜡等）,有固有电偶极矩,极性分子,非极性分子,5.4.2 电介质的极化,位移极化,取向极化,5.4.2 电介质的极化,5.4.3 电介质中的静电场,以无限大带电平行板间的电场为例,如何求,单位：,:宏观小 微观大,1. 电极化强度,定义：单位体积的分子的电偶极矩的矢量和.,极化率,2. 电极化强度与束缚电荷的关系,电介质出现束缚电荷是电介质被极化的结果, 所以束缚电荷 与极化强度 之间存在定量的关系.,以非极性分子电介质为例,感生电矩,束缚电荷面密度,3 电介质中的电场强度,以无限

3、大带电平行板中的电场为例,如何求,定义: 相对电容率 (相对介电常数),电介质的电容率(介电常数),无限大各向同性介质中点电荷场强,库仑定律,1. 成立的条件：各向同性的电介质,2. 同样的场源电荷在真空中产生的场是在某一介质中产生的场的 倍。,(1)电极化率 和相对介电常数 都表征电介质在外场中的极化性质. (2)无单位的纯数； (3)在真空中， ；在空气中， ； 在固体和液体中， 比1大许多。 (4)极性分子构成的电介质的相对介电常数 随着温度的升高而减小; 非极性分子构成的电介质的相对介电常数与温度无关.,自由电荷,既有自由电荷，又有束缚电荷,4. 电介质中的高斯定理,真空中的高斯定理,

4、束缚电荷,了解,自由电荷,对于各向同性介质,5.4.3 电介质中的静电场,了解,例5-7 求插有电介质片的带电平行板内的电场及电介质表面的束缚电荷面密度. 已知平行板间距为 d ，电介质片厚度为 h ，极板上的电荷面密度为.,自学,1.电容器 能储存电荷量，彼此绝缘而又靠近的导体系统称为电容器。这两个彼此接近的隔离导体称为电容器的极板,5-5 静电场的能量,5.5.1 电容器及其电容 Capacitor and Capacitance,电容器的电容,5-5 静电场的能量,5.5.1 电容器及其电容,电容器的电容,单位:法拉,电容器是存储电荷量或电能的装置，电容是表征电容器存储电荷量或电能的能力

5、的物理量。,典型的电容器,（1）两带电平板间的电场强度,设两导体板分别带电,（2）两带电平板间的电势差,（3）平板电容器电容,电容器的电容,电容器电容的计算,计算步骤,电容的大小仅与导体的形状、相对位置、其间的电介质有关. 与所带电荷量无关.,平板电容器,球形电容器是由半径分别为 和 的两同心金属球壳所组成,解：设内球带正电（），外球带负电（）,*,电容器的电容,利用高斯定理，可得,1.电介质对电容的影响 相对电容率,电容率,电容器的能量可以用在整个放电过程中电场力所做的功来度量.,5.5.2 电容器的能量,电容器贮存的电能,5.5.3 静电场的能量与能量密度,物理意义：电场是一种物质，它具有

6、能量.,电场能量密度,电容器的能量,例5-9如图所示,球形电容器的内、外半径分别为 和 ，所带电荷为.若在两球壳间充以电容率为的电介质. 问此电容器贮存的电场能量为多少？,解:,例5-9如图所示,球形电容器的内、外半径分别为 和 ，所带电荷为.若在两球壳间充以电容率为的电介质. 问此电容器贮存的电场能量为多少？,例5-8 一空气平板电容器的极板面积为 S ，间距为 d , 用电源充电后两板上分别带电荷. 断开电源后再将两极板的距离匀速地拉开到 2d . 求（1）外力克服两极板相互吸引而作的功；（2）两极板间的相互吸引力。,解:,+ + + + + + + + +,- - - - - - - - -,例5-8 一空气平板电容器的极板面积为 S ，间距为 d , 用电源充电后两板上分别带电荷. 断开电源后再将两极板的距离匀速地拉开到 2d . 求（1）外力克服两极板相互吸引而作的功；（2）两极板间的相互吸引力。,解:,+