高二物理競賽電場能量課件

1第5章靜電場§5.1

電場電場強(qiáng)度§5.2

電通量高斯定理§5.3

電場力的功電勢§5.4

靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)§5.5

電容電容器§5.6

電場的能量2二、導(dǎo)體殼與靜電屏蔽

1.腔內(nèi)無帶電體的情況

在導(dǎo)體中包圍空腔選取高斯面S外可不為零,但

空腔內(nèi)E內(nèi)

=0

內(nèi)表面內(nèi)

=0

若內(nèi)0，則內(nèi)必有正負(fù),

E線從正電荷到負(fù)電荷與導(dǎo)體靜電平衡矛盾(與導(dǎo)體為等勢體矛盾)只能內(nèi)=0，且腔內(nèi)無E線,只能E內(nèi)

=0

。32.空腔內(nèi)有帶電體情況空腔內(nèi)E內(nèi)

≠0內(nèi)表面q內(nèi)表=-q在導(dǎo)體中包圍空腔做高斯面說明腔內(nèi)的場與腔外(包括殼的外表面)的電荷及分布無關(guān)?？涨粌?nèi)的內(nèi)狀況，取決于腔內(nèi)電量q；腔內(nèi)帶電體及腔內(nèi)壁的幾何因素、介質(zhì)。4第十八章靜電場中的導(dǎo)體1）對外電場的屏蔽

空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場,使空腔內(nèi)物體不受外電場影響.這時,整個空腔導(dǎo)體和腔內(nèi)的電勢也必處處相等.3.靜電屏蔽

在靜電平衡的狀態(tài)下,空腔導(dǎo)體可保護(hù)腔內(nèi)不受腔外電場的影響,這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽。5§5.6電場的能量一、帶電系統(tǒng)的能量

對于電量為Q的帶電體A，把微小電量dq從無窮遠(yuǎn)處移到A上qdq外界克服電場力做的功增加了帶電體A的能量電容器在充電過程中，U和q是不斷變化的。dqUq-q6空腔內(nèi)表面不帶任何電荷?？涨粌?nèi)部及導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零，即它們是等電勢?？偨Y(jié)第一類空腔（金屬空腔導(dǎo)體內(nèi)部無帶電體）7如：高壓帶電作業(yè)人員穿的導(dǎo)電纖維編織的工作服。82）屏蔽腔內(nèi)電場腔內(nèi)電荷q在腔內(nèi)表面感應(yīng)出電荷?q

，同時外表面感應(yīng)出電荷q

。若將導(dǎo)體空腔接地，則腔外空間的電場、電勢不受腔內(nèi)電場的影響。9總結(jié)第二類空腔（金屬空腔導(dǎo)體內(nèi)部有帶電體）腔內(nèi)q與內(nèi)表面的感應(yīng)電荷-q,對外部場的貢獻(xiàn)恒為零(無電力線穿出）這是第二類空腔靜電屏蔽的含義。?若第二類空腔導(dǎo)體接地時，外表面上的感應(yīng)電荷被大地電荷中和，所以不帶電荷。金屬空腔是零等勢體?？梢宰C明：此時殼內(nèi)的任何電場都不影響外界，也不受外界影響。10電磁學(xué)第十八章靜電場中的導(dǎo)體靜電屏蔽11三、有導(dǎo)體存在的靜電場場強(qiáng)與電勢的計算電荷守恒定律靜電平衡條件

分析方法：電荷分布高斯定理U12例:一個半徑為R的接地導(dǎo)體球，距球心d處有一點電荷q,求導(dǎo)體球上感應(yīng)電荷總量dq解：q在球心產(chǎn)生的電勢為：設(shè)球面上感應(yīng)電荷總量為q/,在球心產(chǎn)生的電勢為：13因為球接地,

球心電勢U=014四、電介質(zhì)的極化電介質(zhì)通常是指不導(dǎo)電的絕緣物質(zhì).1.兩類電介質(zhì)分子無極分子：分子正、負(fù)電荷的“中心”是重合的甲烷CH4CH+H+H+H+分子電偶極矩有極分子：其正、負(fù)電荷的“中心”也不重合水分子H2OO--H+H+正電荷中心負(fù)電荷中心152.電介質(zhì)的極化機(jī)制無極分子位移極化宏觀效應(yīng)無外場時呈電中性有外場時出現(xiàn)極化電荷16有極分子轉(zhuǎn)向極化θ宏觀效應(yīng)無外場時呈電中性有外場時出現(xiàn)極化電荷17*五、極化強(qiáng)度和極化電荷電極化強(qiáng)度用來定量地描述介質(zhì)的極化程度。1.定義：介質(zhì)中單位體積內(nèi)分子電偶極矩的矢量和為極化強(qiáng)度矢量這里V0是指宏觀上夠小，但微觀上夠大。單位：庫侖/米2極化電荷也能說明電介質(zhì)極化的程度。2.極化電荷與極化強(qiáng)度的關(guān)系:183.電極化強(qiáng)度與介質(zhì)中的總場的關(guān)系E0E/E

實驗表明，對各向同性的均勻介質(zhì)有

叫電極化率，是一個無量綱的純數(shù)，P與E的關(guān)系與方向無關(guān)

如果電介質(zhì)中各點的χ值相同，就稱介質(zhì)為均勻電介質(zhì)只有在各向同性的均勻介質(zhì)中，P與E同向19六、有電介質(zhì)時的高斯定理有電介質(zhì)時:在高斯面內(nèi):∑q+∑qi/定義電位移矢量

得到20在各向同性的電介質(zhì)中r=1+

叫電介質(zhì)的相對介電常數(shù)稱介質(zhì)的介電常數(shù)（電容率）21§5.5電容電容器一、孤立導(dǎo)體的電容

實驗表明：不同大小和形狀的導(dǎo)體達(dá)到同樣的電勢，所帶電量是不同的定義:

孤立導(dǎo)體的帶電量與其電勢之比稱之為電容

只與導(dǎo)體自身的結(jié)構(gòu)(形狀、尺寸及電介質(zhì)情況)有關(guān)。與導(dǎo)體的電量無關(guān)。單位：法拉(F)、微法拉(F)、皮法拉(pF)1法拉=1庫侖/伏特

1F＝106F＝1012pF22例:求孤立導(dǎo)體球的電容解:設(shè)導(dǎo)體帶電量為q若把地球看成一個孤立導(dǎo)體

R=6.4×106m

C=4×8.85×10-12×6.4×106=712F

孤立導(dǎo)體電容器的缺點①電容值太??；②電容值不穩(wěn)定23B二、電容器的電容1.電容器的電容

電容器:

具有靜電屏蔽作用的電導(dǎo)體組合;A

實際中,嚴(yán)格滿足電容器要求的不多,一般都是忽略邊緣效應(yīng)的近似.定義：電容器帶電量與其電壓之比24平行板電容器:

ss-dAB忽略邊緣效應(yīng)則極板間的電勢差為平行板電容器的電容

25圓柱型電容器:+lRBRA忽略邊緣效應(yīng)在A、B之間的電場強(qiáng)度A、B兩導(dǎo)體的電勢差（取正值）長度為l的電容器電容262.介質(zhì)對電容器電容的影響:

當(dāng)均勻介質(zhì)、均勻充滿時①使電容值擴(kuò)大：②電容器的耐壓值介質(zhì)擊穿的問題27第十八章靜電場中的導(dǎo)體按形狀：柱型、球型、平行板電容器按型式：固定、可變、半可變電容器按介質(zhì)：空氣、塑料、云母、陶瓷等特點：非孤立導(dǎo)體，由兩極板組成3電容器的分類28外力(電源)