§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系市公開課一等獎省賽課獲獎?wù)n件

§8.6等勢面電勢與電場強度微分關(guān)系一.等勢面電場中電勢相等點連成面稱為等勢面。等勢面性質(zhì):(1)§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第1頁證實:(2)要求相鄰兩等勢面間電勢差都相同

等勢面密大等勢面疏小pQ(3)電場強度方向總是指向電勢降落方向設(shè)等勢面上P點電場強度與等勢面夾角為,把q0

在等勢面上移動,電場力作功為§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第2頁uu+du二.電勢與電場強度微分關(guān)系取兩個相鄰等勢面，等勢面法線方向為任意一場點P處電場強度大小等于沿過該點等勢面法線方向上電勢改變率，負(fù)號表示電場強度方向指向電勢減小方向。把點電荷從P移到Q，電場力作功為：，設(shè)方向與相同，PQ§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第3頁在直角坐標(biāo)系中另一個了解電勢沿等勢面法線方向改變率最大電場強度在l方向投影等于電勢沿該方向改變率負(fù)值§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第4頁某點電場強度等于該點電勢梯度負(fù)值，這就是電勢與電場強度微分關(guān)系。例求（2，3，0）點電場強度。

已知解§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第5頁§8.7靜電場中導(dǎo)體

一.導(dǎo)體靜電平衡

1.靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部和表面上任何一部分都沒有宏觀電荷運動，我們就說導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。2.導(dǎo)體靜電平衡條件導(dǎo)體表面3.靜電平衡導(dǎo)體電勢導(dǎo)體靜電平衡時，導(dǎo)體上各點電勢相等，即導(dǎo)體是等勢體，表面是等勢面?！?6等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第6頁由導(dǎo)體靜電平衡條件和靜電場基本性質(zhì)，能夠得出導(dǎo)體上電荷分布。1.靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部處處不帶電證實：在導(dǎo)體內(nèi)任取體積元由高斯定理體積元任取二.導(dǎo)體上電荷分布導(dǎo)體中各處假如有空腔且空腔中無電荷,可證實電荷只分布在外表面。假如有空腔且空腔中有電荷,則在內(nèi)外表面都有電荷分布，內(nèi)表面電荷與q等值異號。+q---------------§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第7頁2.靜電平衡導(dǎo)體表面附近電場強度與導(dǎo)體表面電荷關(guān)系設(shè)導(dǎo)體表面電荷面密度為

P

是導(dǎo)體外緊靠導(dǎo)體表面一點,對應(yīng)電場強度為依據(jù)高斯定理:++++ds+++++§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第8頁孤立導(dǎo)體+++++++++++++++++++導(dǎo)體球孤立帶電4.靜電屏蔽(腔內(nèi)、腔外場互不影響)腔內(nèi)腔外內(nèi)表面外表面導(dǎo)體由試驗可得以下定性結(jié)論：

在表面凸出尖銳部分電荷面密度較大，在比較平坦部分電荷面密度較小，在表面凹進部分帶電面密度最小。ABC3.處于靜電平衡孤立帶電導(dǎo)體電荷分布

§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第9頁如圖所表示,導(dǎo)體球附近有一點電荷q。解接地即由導(dǎo)體是個等勢體O點電勢為0則接地后導(dǎo)體上感應(yīng)電荷電量設(shè)感應(yīng)電量為Q

0？例求§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第10頁兩球半徑分別為R1、R2，帶電量q1、q2，設(shè)兩球相距很遠(yuǎn)，當(dāng)用導(dǎo)線將彼此連接時，電荷將怎樣分布？解設(shè)用導(dǎo)線連接后，兩球帶電量為R2R1假如兩球相距較近，結(jié)果怎樣？例思索§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第11頁已知導(dǎo)體球殼A帶電量為Q，導(dǎo)體球B帶電量為q

(1)將A接地后再斷開，電荷和電勢分布；解A與地斷開后,

ArR1R2B-q電荷守恒(2)再將B接地，電荷和電勢分布。A接地時，內(nèi)表面電荷為-q外表面電荷設(shè)為設(shè)B上電量為依據(jù)孤立導(dǎo)體電荷守恒例求(1)(2)§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第12頁B球圓心處電勢總結(jié)(有導(dǎo)體存在時靜電場計算方法)

1.靜電平衡條件和性質(zhì):

2.電荷守恒定律3.確定電荷分布,然后求解ArR1R2B-q§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第13頁美國UIUCMRL潔凈室§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第14頁§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第15頁電容只與導(dǎo)體幾何原因和介質(zhì)相關(guān)，與導(dǎo)體是否帶電無關(guān)三.導(dǎo)體電容電容器1.孤立導(dǎo)體電容單位:法拉(F)孤立導(dǎo)體電勢孤立導(dǎo)體電容++++++++++++++++Qu↑E↑

求半徑為R孤立導(dǎo)體球電容.電勢為電容為R§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第16頁若R=Re

,則

C=714F

若

C=110–3

F

,則

R=?C=110-3F啊,體積還這么大!1.8m9m通常，由彼此絕緣相距很近兩導(dǎo)體組成電容器。極板極板+

Q-

Qu使兩導(dǎo)體極板帶電兩導(dǎo)體極板電勢差2.電容器電容電容器電容§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第17頁

電容器電容計算

Q電容器電容大小取決于極板形狀、大小、相對位置以及極板間介質(zhì)。duS+Q-Q(1)平行板電容器§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第18頁(2)球形電容器R1+Q-QR2ab(3)柱形電容器R1R2l§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第19頁若R1>>R2-R1,則

C=?討論uR1R2l§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第20頁S.Ilani,L.A.K.Donev,M.KindermannandP.L.McEue,Measurementofthequantumcapacitanceofinteractingelectronsincarbonnanotubes,Nnaturephysics

2,687().舉例:碳納米管納米三極管量子電容§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第21頁電容器應(yīng)用：儲能、振蕩、濾波、移相、旁路、耦合等。電容器分類形狀：平行板、柱形、球形電容器等介質(zhì)：空氣、陶瓷、滌綸、云母、電解電容器等用途：儲能、振蕩、濾波、移相、旁路、耦合電容器等?！?6等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第22頁2.5厘米高壓電容器(20kV5~21F)(提升功率因數(shù))聚丙烯電容器(單相電機起動和連續(xù)運轉(zhuǎn))陶瓷電容器(0V1000pF)滌綸電容(250V0.47F)電解電容器(160V470F)12厘米2.5厘米70厘米§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第23頁AB§8.8電場能量

以平行板電容器為例，來計算電場能量。

+設(shè)在時間t內(nèi)，從B板向A板遷移了電荷在將dq從B板遷移到A板需作功極板上電量從0—Q作總功為§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第24頁忽略邊緣效應(yīng)，對平行板電容器有能量密度不均勻電場中（適合用于全部電場）§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第25頁已知均勻帶電球體，半徑為R，帶電量為QRQ從球心到無窮遠(yuǎn)處電場能量解r求例取體積元§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第26頁§8.9靜電場中電介質(zhì)一.電介質(zhì)對電場影響電介質(zhì):絕緣體(放在電場中)電介質(zhì)電場r試驗r—電介質(zhì)相對介電常數(shù)結(jié)論:介質(zhì)充滿電場或介質(zhì)表面為等勢面時+Q-Q++++++++++++++++----------------介質(zhì)中電場減弱§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第27頁二.電介質(zhì)極化束縛電荷無極分子有極分子+

-無外場時（熱運動）整體對外不顯電性(無極分子電介質(zhì))(有極分子電介質(zhì))§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第28頁-------+++++++有外場時(分子)

位移極化(分子)

取向極化束縛電荷′束縛電荷′

無極分子電介質(zhì)

有極分子電介質(zhì)′§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第29頁三.電介質(zhì)高斯定理電位移矢量

無電介質(zhì)時加入電介質(zhì)r+++++++++---------+++++++++++++++++--------------------—介電常數(shù)令：§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第30頁

經(jīng)過高斯面電位移通量等于高斯面所包圍自由電荷代數(shù)和，與極化電荷及高斯面外電荷無關(guān)。

比較四.介質(zhì)中電場能量密度§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第31頁r+++++++++---------+++++++++++++++++--------------------兩平行金屬板之間充滿相對介電常數(shù)為r

各向同性均勻電介質(zhì),金屬板上自由電荷面密度為0

。兩金屬板之間電場強度和介質(zhì)表面束縛電荷面密度.解求例§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第32頁例平行板電容器，其中充有兩種均勻電介質(zhì)。求(1)各電介質(zhì)層中場強(2)極板間電勢差解做一個圓柱形高斯面同理，做一個圓柱形高斯面§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第33頁?

各電介質(zhì)層中場強不一樣?相當(dāng)于電容器串聯(lián)§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第34頁平板電容器中充介質(zhì)另一個情況由極板內(nèi)為等勢體考慮到?

各電介質(zhì)層中場強相同?相當(dāng)于電容器并聯(lián)§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第35頁例一單芯同軸電纜中心為二分之一徑為R1金屬導(dǎo)線，外層一金屬層。其中充有相對介電常數(shù)為r

固體介質(zhì)，當(dāng)給電纜加一電壓后，E1=2.5E2，若介質(zhì)最大安全電勢梯度為E電纜能承受最大電壓？解用含介質(zhì)高斯定理求r

§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第36頁§8.1電荷庫侖定律§8.2靜電場電場強度E電場強度疊加原理§8.3電通量高斯定理（不連續(xù)分布源電荷）

（連續(xù)分布源電荷）高斯定理§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第37頁§8.4靜電場環(huán)路定理電勢能一.靜電力作功特點電場力作功只與始末位置相關(guān)，與路徑無關(guān)，所以靜電力是保守力，靜電場是保守力場。二.靜電場環(huán)路定理三.電勢能§8.5電勢電勢差電勢疊加原理§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第38頁§8.6等勢面電勢與電場強度微分關(guān)系§8.7靜電場中導(dǎo)體

一.導(dǎo)體靜電平衡

二.導(dǎo)體上電荷分布三.導(dǎo)體電容電容器§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第39頁(1)平行板電容器(2)球形電容器(3)柱形電容器§8.8電場能量

能量密度§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第40頁§8.9靜電場中電介質(zhì)一.電介質(zhì)對電場影響二.電介質(zhì)極化束縛電荷三.電介質(zhì)高斯定理電位移矢量四.介質(zhì)中電場能量密度§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第41頁填空題第一次質(zhì)點運動學(xué)和動力學(xué)作業(yè)§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第42頁§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第43頁計算題滑輪和繩質(zhì)量以及全部摩擦均不計，分析繩子張力（1）加速度豎直向下TmAgfmBgTAB（2）加速度水平向左TmAgfmBgT§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第44頁另解：（2）加速度水平向左TmAgfmBgT水平慣性力計算題§86等勢面電勢與電場強度的微分關(guān)系第45