大学物理课件汇编-ch.ppt
本章内容,9.1 电荷 库仑定律,9.2 静电场 电场强度,9.3 电通量 高斯定理,9.4 静电场的环路定理 电势能,9.5 电势 电势差,9.6 等势面,9.7 静电场中的导体,9.8 电场能量,9.9 静电场中的电介质,1.电介质是指在通常条件下导电性能极差的物质，即电介质是绝缘体。2.电介质的性能：电气绝缘性、电极化；3.电介质和导体在电学性能上的主要差别：导体中的自由电子可作宏观定向运动，而电介质中的带电粒子在电场的作用下只能作微观的相对位移（只有在电击穿的情形下，部分电子被解除束缚使电介质丧失绝缘性）。,关于电介质,一 电介质对电场的影响,9.9 静电场中的电介质 chsling,Q不变时：,相对介电常数，,二 电介质的极化,9.9 静电场中的电介质 chsling,无极分子,有极分子,+-,整体对外不显电性,无极分子电介质,有极分子电介质,无外场时（热运动）,9.9 静电场中的电介质 chsling,束缚电荷,束缚电荷,无极分子电介质(位移极化),有极分子电介质(取向极化),9.9 静电场中的电介质 chsling,有外场时,电介质的极化与导体的静电感应对比,9.9 静电场中的电介质 chsling,外电场E0 极化 介质内电场 E 击穿。,三 电介质中的电场强度 极化电荷与自由电荷的关系,9.9 静电场中的电介质 chsling,（均匀各向同性介质）,+,-,+,-,电容率,四 电介质中的高斯定理,9.9 静电场中的电介质 chsling,在静电场中，通过任意闭合曲面的电位移通量等于该闭合曲面所包围的自由电荷量的代数和。,1.此处电介质中的高斯定理仅适用于均匀介质；2.电位移概念是一个辅助矢量，电场强度和电势仍是描述电场性质的物理量。3.,有介质时先求,9.9 静电场中的电介质 chsling,电介质对电容的影响 相对电容率,9.9 静电场中的电介质 chsling,9.9 静电场中的电介质 chsling,电容器充电后，保持与电源连接，把电容器浸入煤油中，问电容C、E、U、Q有何变化？若断开电源后上述各量如何变化？,答：保持与电源连接时：电压U不变，故E不变，变大；与电源断开后：Q不变，C同上变大，U、E均变小。,例1 把一块相对电容率 的电介质,放在极板间相距 的平行平板电容器的两极板之间.放入之前,两极板的电势差是.保持带电量不变，试求两极板间电介质内的电场强度,极板和电介质的电荷面密度,电介质内的电位移.,解,9.9 静电场中的电介质 chsling,例2 一平行平板电容器充满两层厚度各为 和 的电介质，它们的相对电容率分别为 和,极板面积为.求（1）电容器的电容；（2）当极板上的自由电荷面密度的值为 时，两介质分界面上的极化电荷面密度.,解（1）,9.9 静电场中的电介质 chsling,（2）,9.9 静电场中的电介质 chsling,例3 常用的圆柱形电容器，是由半径为 的长直圆柱导体和同轴的半径为 的薄导体圆筒组成，并在直导体与导体圆筒之间充以相对电容率为 的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为 和.求（1）电介质中的电场强度、电位移；（）电介质内、外表面的极化电荷面密度；（）此圆柱形电容器的电容,9.9 静电场中的电介质 chsling,解（1）,9.9 静电场中的电介质 chsling,（）由上题可知,9.9 静电场中的电介质 chsling,（）由（）可知,单位长度电容,9.9 静电场中的电介质 chsling,电容器的应用：,储能、振荡、滤波、移相、旁路、耦合等。,电容器的分类：,形状：平行板、柱形、球形电容器等,介质：空气、陶瓷、涤纶、云母、电解电容器等,用途：储能、振荡、滤波、移相、旁路、耦合电容器等。,关于电容器,2.5厘米,高压电容器(20kV 521F)(提高功率因数),聚丙烯电容器(单相电机起动和连续运转),陶瓷电容器(20000V1000pF),涤纶电容(250V0.47F),电解电容器(160V470 F),12厘米,70厘米,一 电容器的电能,9.8 电场能量 chsling,二 静电场的能量 能量密度,物理意义电场是一种物质，它具有能量.,9.8 电场能量 chsling,1.无介质时的电场能量为：,电场能量密度：,2.用电场强度来表示的电场能量具有更普遍的意义，电场具有能量，说明电场是一种物质。,9.8 电场能量 chsling,例1 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,9.8 电场能量 chsling,（球形电容器电容）,（1）,（2）,（孤立导体球贮存的能量）,9.8 电场能量 chsling,解,单位长度的电场能量,9.8 电场能量 chsling,9.8 电场能量 chsling,1.有介质时的高斯定理,电位移矢量,电容率,电容器贮存的电能,电场能量密度,电场能量,2.电场能量,作业：,9.21 关于有电介质存在时的高斯定理，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.高斯面上电位移处处为零，则面内必不存在自由电荷；C.高斯面的电位移通量仅与面内自由电荷有关；D.以上说法都不正确,9.22 一个平行板电容器，充电后与电源断开，当用绝缘手柄将电容器两极板间距离拉大，则两极板间的电势差、电场强度的大小、电场能量 将发生如下变化：A 减小，减小，减小；B.增大，增大，增大；C.增大，不变，增大；D.减小，不变，不变。,9.23 两个电容器的电容分别为C1、C2，串联后接在电源上，则它们所分得的电压之比。,9.24 一空气平行板电容器，接电源充电后电容器中储存电能为W。在保持电源接通的情况下，在两极板间充满相对电容率为 的电介质，则该电容器中储存的能量为原来的 倍。,9.25 如图所示，一电容器由两个同轴圆筒组成，内筒半径为a，外筒半径为b，筒长都是h，中间充满相对介电常量为 的各向同性均匀电介质。内、外筒分别带有等量异号电荷Q。设，忽略边缘效应，求：(1)圆柱形电容器的电容；(2)电容器贮存的能量。,
