电磁学2-3电容器和静电能.ppt

电容器：由两个用电介质隔开的金属导体组成，用以储藏电荷或电能的装置。,平板电容器,柱形电容器,球形电容器,三种常见的电容器,2.3 电容器和它的电容,电容器的电容,(1) 平板电容器的电容,两极板间均匀电场的场强,（两极板间为真空）,两极板间填充电介质：,单位：法拉F,平行板电容器充电后仍与电源连接，然后将其板间充满相对电容率为 的均匀电介质，则极板上的电荷量为原来几倍，电场为原来几倍？(多选),#1b0505004c,电量为原来的r倍 电量为原来的 倍 电量不变 电场为原来的r 倍 电场为原来的 倍 电场不变,A F,平行板电容器充电后断开电源，然后将其板间充满相对电容率为 的均匀电介质，则极板上的电荷量为原来几倍，电场为原来几倍？ (多选),#1b0505004d,电量为原来的r倍 电量为原来的 倍 电量不变 电场为原来的r 倍 电场为原来的 倍 电场不变,C E,(2)柱形电容器的电容,真空： 电介质：,(3)球形电容器的电容,真空： 电介质：,电容器的串并联,（1）串联:,（2）并联:,几个电容器的电压相同,几个电容器的电量相同,规律与电阻并联规律相同,规律与电阻串联规律相同,电容器的主要性能指标,电容值 耐压值,电容器的两极间的电压超高,则电介质会因为不能承受强电场而被击穿导电,电容器成为导体.,平板电容器两带等量异号电,+0,-0插入两块均匀电介质1 , 2 。若,很难计算电容,以上都不对,#1a0505005a,则该电容器的电容可表达为：,B,平板电容器两带等量异号电,+0,-0插入半块均匀电介质，,#1a0505005b,很难计算电容,以上都不对,则该电容器的电容可表达为：,A,#1a0505005c,以上都不对,三个同样的金属板A，B，C平行放置，面积都S，A和B相距4 cm，A和C相距2.0 cm，B和C都接地，如图所示，则该系统的电容。,C,电容器充放电的过程是能量从电源到使用电器（如灯炮）上消耗的过程.,充电,放电,-dq,电容器放电过程中,电量-dq （-dqo)在电场力的作用下，,从正极板到负极板，这微小过程中电场力作功为：,2.5.3 3.7 电容器的能量 电场的能量,电荷是能量的携带者。,两种观点：,电场是能量的携带者。,这在静电场中难以有令人信服的理由,在电磁波的传播中,如通讯工程中能充分说明场才是能量的携带者.,储存在电容器中的静电能量为:,当电容器从q=Q开始放电到q=0时，电场力作功为：,电场是能量的携带者,以平板电容器为例：,电场能量的体密度：,是普适的,总电场能:,平行板电容器充电后与电源断开，然后将其板间充满相对电容率为 的均匀电介质，则极板电荷，电容C、电压U电场能量W与充电介质前相比较，其变化情况为,A. Q、 C、U、W B. Q不变、 C、U、W C. Q 、 C、U、W D. Q不变、 C、U、W E.以上都不对,#1a0505004a,B,平行板电容器充电后仍与电源连接，然后将其板间充满相对电容率为 的均匀电介质，则电容C、电压U电场能量W与充电介质前相比较，其变化情况为,#1a0505004b,A. U、 C、Q 、W B. U不变、 C 、Q、W C. U 、 C、Q、W D. U不变、 C 、Q 、W E.以上都不对,D,真空中有一均匀带电球体和一均匀带电球面，如果它的半径和所带的电量都相等，则它们的静电能之间的关系是：,A. 球体的静电能等于球面的静电能 B. 球体的静电能大于球面的静电能 C. 球体的静电能小于球面的静电能 D. 无法比较,#1a0504014a,B,例 计算均匀带电导体球面的静电能， 已知球面半径为R，总带电量为Q，球外为真空,解一：,均匀带电导体球面的静电能， 储存在球面上电荷激发电场中，也就是电场能,解二：,均匀带电球面场强分布,场强分布具有球对称性,例：一个均匀带电球体半径为R,带电量为Q，试利用电场能量公式求此带电球的静电能。,解:,例：求充满均匀电介质的球形电容器的能量。,解：设带电量为Q，先求D,分别用电容器储能和电场能量计算球形电容器的电场能量.,（1）用电容器储能计算球形电容器的电场能量.,(2)用电场能量计算球形电容器的电场能量.,例：一平板电容器的极板面积为S，间距为d，用电源充电后，现极板上带电分别为+Q，-Q。断开电源后，再把两极板的距离拉开到2d， 求：(1) 外力克服两极板相互吸引力所作的功； （2）两极板之间的相互吸引力。,解：,（1）. 两极板的间距为d和2d时，平行板电容器的电容分别为：,当两极板带电为Q和Q时所储的电能分别为：,在拉开极板后，电容器中电场能量的增量为：,按功能原理，这一增量应等于外力所作的功，即：,（2）设两极板间的相互引力为F，拉开两极板时， 所加外力应等于F，外力所作的功：,两块平行板分别带+Q和Q的电荷。将两块板移开， 扩大它们之间的距离，以下哪条叙述是正确的？,A. 两块板之间的电压增加 B. 两块板之间的电场强度下降 C. 两块板上的电荷会减少 D. 由这两块板组成的电容的容量会增加 E. 以上都不对,#1a0504012b,A,例：一平板电容器，极板间无电介质时连在电压为V的电源上.问：(1)电容器储存的能量.(2)充电后，断开电源,再插入相对电容率为r ,厚度为d的电介质板，则电容器储存的能量又是多少？(3)插入过程中外力所做的功是多少？,解：,1.,2.,极板上的电荷q不变,3. 插入过程中,电介质板极化,束缚电荷与极板上的自由电荷相互吸引.,则：外力做功为,静电力做正功,电场能减少.,例2,平行板空气电容器的面积为S，极板间距为d，今以厚度为2d/3的等面积铜板置于电极之间。然后对两极板充电至电压为V，断开电源后，再将铜板抽出。 问：外界（指非静电力）需作多少功？,思路：,1) 插入铜板后：,可以看作两个电容器C1、C2 串联。,2) 抽出铜板时：,3) 功