大学物理——导体和电容器.

1、大学物理学电子教案大学物理学电子教案海大理学院海大理学院教学课件教学课件静电场中的导体静电场中的导体9-1 静电场中的导体静电场中的导体9-2 电容电容 电容器电容器两条实验定律两条实验定律两个出发点两个出发点两个基本性质两个基本性质电荷受力电荷受力电场力作功电场力作功两个物理量两个物理量 电场强度电场强度电势能电势能静电场静电场复习复习库仑定律库仑定律叠加原理叠加原理 高斯定理高斯定理环路定理环路定理第九章第九章静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质Conductor in electrostatic field在静电场中总是存在导体或电介质在静电场中总是存在导体或电介质静电场与静电场

2、与 静电场中静电场中导体导体或或电介质电介质之间有相互作用之间有相互作用主要内容有：主要内容有：静电场中导体静电场中导体电容器电容器电介质的极化电介质的极化有介质时的高斯定理有介质时的高斯定理电场的能量电场的能量9-1 静电场中的导体静电场中的导体一、静电感应一、静电感应 静电平衡条件静电平衡条件金属导体有自由电子，金属导体有自由电子，作无规则的热运动。作无规则的热运动。导体中的自由电子在电场力的作用下作导体中的自由电子在电场力的作用下作宏观定向运动，引起导体中电荷重新分宏观定向运动，引起导体中电荷重新分布而呈现出带电的现象，叫作布而呈现出带电的现象，叫作静电感静电感应应。1、静电感应、静电感

3、应1+ + AB+ +_+AB导体的导体的两个侧面出现了等量异号的电荷两个侧面出现了等量异号的电荷。在导体的内部建立一。在导体的内部建立一个附加电场。个附加电场。导体内部的场强导体内部的场强E 就是就是E 和和E0 的叠加。的叠加。+-+-+-+-开始，开始， E R2 R1 )板间电势差板间电势差ldEURR 211212ln2RRlqo 圆柱形电容器的电容圆柱形电容器的电容)ln(21212RRlUqCo R1R2圆柱越长，电容越大；两圆柱圆柱越长，电容越大；两圆柱之间的间隙越小，电容越大。之间的间隙越小，电容越大。用用d表示两圆柱面之间的间表示两圆柱面之间的间距，当距，当dR1 时时11

4、1112)1ln(lnlnRdRdRdRRR dSdlRRdlC010102/2 平板电容器平板电容器S2+ + + + + + 1求：求： 各介质内的各介质内的 电容器的电容电容器的电容 。；，ED1D2D1Dd1S 例例2 ：平行板电容器两极板面积为：平行板电容器两极板面积为S ，极板间有两层电介质，极板间有两层电介质, 介电常介电常数分别为数分别为 1 ， 2 ，厚为，厚为d1 , d2 。电容器极板上自由电荷面密度。电容器极板上自由电荷面密度 。d2 sSDSDSdD02121DD 解：解： 由高斯定理由高斯定理SSDSdDs 1 21DD11 ESS S 2211dEdEU 2211

5、 dd2211 ddS 两极板间的电势差两极板间的电势差USUqC 11 E22 E三、电容器的并联和串联三、电容器的并联和串联C2C1CU等效等效特点：特点：每个电容器两端的电势差相等每个电容器两端的电势差相等总电量：总电量： UCCUCUCQQQ212121 等效电容：等效电容：21CCUQC 结论：结论：当几个电容器并联时，其等效电容等于几个电容器电当几个电容器并联时，其等效电容等于几个电容器电容之和；容之和；各个电容器的电压相等；各个电容器的电压相等；并联使总电容增大。并联使总电容增大。1、电容器的并联电容器的并联1C1C2C等效等效特点特点每个电容器极板所带的电量相等每个电容器极板所

6、带的电量相等总电压总电压QCCCQCQUUU 21212111等效电容等效电容21111CCUQC 21111CCC结论：结论：当几个电容器串联时，其等效电容的倒数等于几个电当几个电容器串联时，其等效电容的倒数等于几个电容器电容的倒数之和；容器电容的倒数之和；等效电容小于任何一个电容器的电容，但可以提高电等效电容小于任何一个电容器的电容，但可以提高电容的耐压能力；容的耐压能力；每个串联电容的电势降与电容成反比。每个串联电容的电势降与电容成反比。2、电容器的串联、电容器的串联2并联电容器的电容等于并联电容器的电容等于各个电容器电容的和。各个电容器电容的和。 iiCC串联电容器总电容的倒数串联电容

7、器总电容的倒数等于各串联电容倒数之和。等于各串联电容倒数之和。 iiCC11当电容器的耐压能力不被满足时，常用串并联当电容器的耐压能力不被满足时，常用串并联使用来改善。使用来改善。串联使用可提高耐压能力串联使用可提高耐压能力并联使用可以提高容量并联使用可以提高容量电介质的绝缘性能遭到破坏，称为电介质的绝缘性能遭到破坏，称为击穿。击穿。所能承受的不被击穿的最大场强叫做所能承受的不被击穿的最大场强叫做击穿场强击穿场强或或介电强度。介电强度。讨论讨论小小 结结91 静电场中的导体静电场中的导体 静电感应静电感应 静电平衡条件静电平衡条件 静电平衡时的电荷分布静电平衡时的电荷分布 静电屏蔽静电屏蔽92