910一组点电荷的电位能课件

9電磁IIWhatisthedangerifyourhairsuddenlystandsup?9電磁IIWhatisthedangerify1本單元內容9-1電位與電容器9-2電流與電阻9-3電路本單元內容9-1電位與電容器29-1.1電位能FeandFgaremathematicallyidentical

Feisaconservativeforce

9-1.1電位能FeandFgaremathema3

9-1.2電位Uedependsonq,butVedoesnot

9-1.2電位Uedependsonq,but49-1.2等位面FourEquipotentialSurfaces9-1.2等位面FourEquipotentialSu5E.S.forauniformfield,apointcharge,andanelectricdipole9-1.3等位面3例E.S.forauniformfield,apo69-1.4由電場算電位ThedifferentialworkdonebyF9-1.4由電場算電位Thedifferentialw7Ex.1均勻電場(a)Alongpath(a)Ex.1均勻電場(a)Alongpath(a)8Ex.1均勻電場︰路徑(a)Ex.1均勻電場︰路徑(a)9Ex.1均勻電場︰路徑(b)Ex.1均勻電場︰路徑(b)109-1.5點電荷的電位9-1.5點電荷的電位11點電荷的電位點電荷的電位12點電荷的電位圖點電荷的電位圖139-1.6一組點電荷的電位

Theprincipleofsuperposition

9-1.6一組點電荷的電位Theprincipleo14onacircleonanarc

Ex.212electronsonacircleEx.212electrons159-1.7電雙極的電位9-1.7電雙極的電位16雙極矩p=qdp由負電荷指向正電荷雙極矩p=qdp由負電荷指向正電荷17InducedDipoleMoment感應雙極矩極化InducedDipoleMoment感應雙極矩18水分子與微波爐水分子與微波爐199-1.8連續電荷分佈的電位9-1.8連續電荷分佈的電位20

LineofCharge

LineofCharge21計算計算22ChargedDiskChargedDisk23計算計算249-1.9由電位算電場

Theworkdonebytheelectricfield

9-1.9由電位算電場Theworkdoneby25Ex.3

Thechargeddisk

Ex.3Thechargeddisk269-1.10一組點電荷的電位能

Forchargesq1andq2

Ex.4Threecharges9-1.10一組點電荷的電位能Forchargesq127Ex.5Analphaparticleandagoldnucleus

Ex.5Analphaparticleanda289-1.11Potentialofachargedisolatedconductor

導體內部及表面為一等位面(equipotentailsurface)9-1.11Potentialofacharged29DischargeDischarge30PlotsofE(r)andV(r)PlotsofE(r)andV(r)319-1.11電容器

電容（Capacitance）

平行板電容器

C=

(F

法拉

)

K:

介電常數，真空

=1

0:

真空電容率A:板面積d:

兩板距離9-1.11電容器電容（Capacitance）32Ex.4

1.0F電容器d=1.0mmEx.41.0F電容器d=1.0mm339-1.12Capacitorsinparallel9-1.12Capacitorsinparallel34等效電容等效電容359-1.13Capacitorsinseries

9-1.13Capacitorsinseries36等效電容等效電容37Ex.5

ARAMChipC=55fF（10-15）

V=5.3volt

Ex.5ARAMChipC=55fF（10-15）38Ex.6電容式鍵盤Ex.6電容式鍵盤39Ex.6(cont)A=9.5010-5m2;k=3.50按鍵後d由5.00mm減為0.150mm按鍵前C=0.589PFEx.6(cont)A=9.5010-5m2;40電容式麥克風電容式麥克風41Ex.7

defibrillator

(除纖顫機)

Ex.7defibrillator(除纖顫機)42心跳停止病人之急救

盡快求助盡快給予先進的救命治療盡快實行心肺復甦術(CPR)盡快除纖顫心跳停止病人之急救盡快求助43人體各部位的電位差

人體的肌肉及神經細胞利用鈉、鉀等正離子及氯負離子執行生化機能；因此造成之電場延伸至人體表面，形成小量之電位差。心電圖-電極置於不同位置（A-B，B-C等）即決定不同形狀的心電圖。腦波圖-電極置於頭部特定部位，紀錄電位差隨時間之變化。人體各部位的電位差人體的肌肉及神經細胞利用鈉、鉀等正離子及44心電圖和腦波圖心電圖和腦波圖45視網膜電圖視網膜電圖46電流、電流密度與漂移速度電阻與電阻率歐姆定律半導體與超導體9-2電流與電阻電流、電流密度與漂移速度9-2電流與電阻479-2.1電流電荷守恆克希荷夫電流(節點)定理9-2.1電流電荷守恆489-2.2電流密度J:A/m29-2.2電流密度J:A/m249電流密度與漂移速度電流密度與漂移速度50銅的漂移速度d=2.5mm,i=17mAρ=9×103kg/m3,M=64×10-3kg/m3銅的漂移速度d=2.5mm,i=17mAρ=9×103kg519-2.3電阻與電阻率ResistanceResistivityConductivity9-2.3電阻與電阻率Resistance52電阻率電阻率53電阻的計算電阻的計算54溫度效應溫度效應55電阻的微觀意義電阻的微觀意義569-2.4Ohm’sLaw流過一電路元件之電流與該元件之電位差成正比電阻率與電場的大小及方向無關9-2.4Ohm’sLaw流過一電路元件之電流與該元件之57I-VcurvesconductorsemiconductorI-Vcurvesconductorsemiconduct58Semiconductors半導體Semiconductors半導體59Superconductors超導體Superconductors超導體60Maglev、MRIandTevatronMaglev、MRIandTevatron61PowerlineandmotorPowerlineandmotor62BCSTheory-TheCooperpairsBCSTheory-TheCooperpairs639-3電路直流電路串聯電阻並聯電阻交流電路虛擬電路實驗9-3電路直流電路649-3.1直流電路DirectCurrentCircuitAbimetallicstripflasher以電阻電熱絲加熱bimetallicstrip，約一秒啟閉一次，可用作警示裝置。9-3.1直流電路DirectCurrentCircui65Ex.8

BimetallicStripFlasherEx.8BimetallicStripFlasher66AutomaticCoffeeMakerAutomaticCoffeeMaker67Ex.9簡單直流電路內之電位（電壓）升降

克希荷夫Kirchhoff迴路定理

Ex.9簡單直流電路內之電位（電壓）升降克希荷夫Kir68Ex.10

TheAmmeterandthe

VoltmeterEx.10TheAmmeterandthe69Ex.11

RC電路電阻－電容電路Ex.11RC電路電阻－電容電路70Ex.11

(cont)

ChargingaCapacitorEx.11(cont)ChargingaCapaci71Ex.11(cont)如果R=10MC=1F經過46s後，e=0.01，充電達99﹪可用作間歇式雨刷等電路控制。Ex.11(cont)如果R=10MC729-3.2Resistanceinseries9-3.2Resistanceinseries739-3.3Resistorsinparallel9-3.3Resistorsinparallel74MultiloopCircuitsTheJunctionrule:流入接點之電流必等於流出者

(Kirchhoff’sjunction/currentrule)MultiloopCircuitsTheJunction75解Systemofequations(聯立方程組)解Systemofequations(聯立方程組)76Ex.12

Whatarethecurrents?Ex.12Whatarethecurrents?77解聯立方程組解聯立方程組78ForwardEliminationandBacksubstitutionpivotequationuppertriangle高斯消去法ForwardEliminationandBacks79

Ex.13

TheelectriceelEx.13Theelectriceel80TheEquivalentcircuitTheEquivalentcircuit81ThecurrentThecurrent829-3.4交流電路

AlternatingCurrentCircuitV(t)=V0Sin2ftf頻率=60H（赫）V0尖峰值，一般家庭約170V9-3.4交流電路AlternatingCurrent83功率P（t）=I0V0Sin22

ft，取時間平均值對交流電而言，歐姆定律變成功率P（t）=I0V0Sin22ft，取時間平均值84Ex.14

72W音箱

Ex.1472W音箱85Ex.15

ApracticalexampleQuebecMontrealEx.15ApracticalexampleQue863-wayLightBulb3-wayLightBulb87ElectricalGroundingElectricalGrounding889-3.5虛擬電路實驗.tw/文件下載黃信健教授的科學教學軟體1,2,3,4,5,6,7

9-3.5虛擬電路實驗http://www.puhsein.89敬請期待

磁學(Magnetism)敬請期待

磁學(Magnetism)909電磁IIWhatisthedangerifyourhairsuddenlystandsup?9電磁IIWhatisthedangerify91本單元內容9-1電位與電容器9-2電流與電阻9-3電路本單元內容9-1電位與電容器929-1.1電位能FeandFgaremathematicallyidentical

Feisaconservativeforce

9-1.1電位能FeandFgaremathema93

9-1.2電位Uedependsonq,butVedoesnot

9-1.2電位Uedependsonq,but949-1.2等位面FourEquipotentialSurfaces9-1.2等位面FourEquipotentialSu95E.S.forauniformfield,apointcharge,andanelectricdipole9-1.3等位面3例E.S.forauniformfield,apo969-1.4由電場算電位ThedifferentialworkdonebyF9-1.4由電場算電位Thedifferentialw97Ex.1均勻電場(a)Alongpath(a)Ex.1均勻電場(a)Alongpath(a)98Ex.1均勻電場︰路徑(a)Ex.1均勻電場︰路徑(a)99Ex.1均勻電場︰路徑(b)Ex.1均勻電場︰路徑(b)1009-1.5點電荷的電位9-1.5點電荷的電位101點電荷的電位點電荷的電位102點電荷的電位圖點電荷的電位圖1039-1.6一組點電荷的電位

Theprincipleofsuperposition

9-1.6一組點電荷的電位Theprincipleo104onacircleonanarc

Ex.212electronsonacircleEx.212electrons1059-1.7電雙極的電位9-1.7電雙極的電位106雙極矩p=qdp由負電荷指向正電荷雙極矩p=qdp由負電荷指向正電荷107InducedDipoleMoment感應雙極矩極化InducedDipoleMoment感應雙極矩108水分子與微波爐水分子與微波爐1099-1.8連續電荷分佈的電位9-1.8連續電荷分佈的電位110

LineofCharge

LineofCharge111計算計算112ChargedDiskChargedDisk113計算計算1149-1.9由電位算電場

Theworkdonebytheelectricfield

9-1.9由電位算電場Theworkdoneby115Ex.3

Thechargeddisk

Ex.3Thechargeddisk1169-1.10一組點電荷的電位能

Forchargesq1andq2

Ex.4Threecharges9-1.10一組點電荷的電位能Forchargesq1117Ex.5Analphaparticleandagoldnucleus

Ex.5Analphaparticleanda1189-1.11Potentialofachargedisolatedconductor

導體內部及表面為一等位面(equipotentailsurface)9-1.11Potentialofacharged119DischargeDischarge120PlotsofE(r)andV(r)PlotsofE(r)andV(r)1219-1.11電容器

電容（Capacitance）

平行板電容器

C=

(F

法拉

)

K:

介電常數，真空

=1

0:

真空電容率A:板面積d:

兩板距離9-1.11電容器電容（Capacitance）122Ex.4

1.0F電容器d=1.0mmEx.41.0F電容器d=1.0mm1239-1.12Capacitorsinparallel9-1.12Capacitorsinparallel124等效電容等效電容1259-1.13Capacitorsinseries

9-1.13Capacitorsinseries126等效電容等效電容127Ex.5

ARAMChipC=55fF（10-15）

V=5.3volt

Ex.5ARAMChipC=55fF（10-15）128Ex.6電容式鍵盤Ex.6電容式鍵盤129Ex.6(cont)A=9.5010-5m2;k=3.50按鍵後d由5.00mm減為0.150mm按鍵前C=0.589PFEx.6(cont)A=9.5010-5m2;130電容式麥克風電容式麥克風131Ex.7

defibrillator

(除纖顫機)

Ex.7defibrillator(除纖顫機)132心跳停止病人之急救

盡快求助盡快給予先進的救命治療盡快實行心肺復甦術(CPR)盡快除纖顫心跳停止病人之急救盡快求助133人體各部位的電位差

人體的肌肉及神經細胞利用鈉、鉀等正離子及氯負離子執行生化機能；因此造成之電場延伸至人體表面，形成小量之電位差。心電圖-電極置於不同位置（A-B，B-C等）即決定不同形狀的心電圖。腦波圖-電極置於頭部特定部位，紀錄電位差隨時間之變化。人體各部位的電位差人體的肌肉及神經細胞利用鈉、鉀等正離子及134心電圖和腦波圖心電圖和腦波圖135視網膜電圖視網膜電圖136電流、電流密度與漂移速度電阻與電阻率歐姆定律半導體與超導體9-2電流與電阻電流、電流密度與漂移速度9-2電流與電阻1379-2.1電流電荷守恆克希荷夫電流(節點)定理9-2.1電流電荷守恆1389-2.2電流密度J:A/m29-2.2電流密度J:A/m2139電流密度與漂移速度電流密度與漂移速度140銅的漂移速度d=2.5mm,i=17mAρ=9×103kg/m3,M=64×10-3kg/m3銅的漂移速度d=2.5mm,i=17mAρ=9×103kg1419-2.3電阻與電阻率ResistanceResistivityConductivity9-2.3電阻與電阻率Resistance142電阻率電阻率143電阻的計算電阻的計算144溫度效應溫度效應145電阻的微觀意義電阻的微觀意義1469-2.4Ohm’sLaw流過一電路元件之電流與該元件之電位差成正比電阻率與電場的大小及方向無關9-2.4Ohm’sLaw流過一電路元件之電流與該元件之147I-VcurvesconductorsemiconductorI-Vcurvesconductorsemiconduct148Semiconductors半導體Semiconductors半導體149Superconductors超導體Superconductors超導體150Maglev、MRIandTevatronMaglev、MRIandTevatron151PowerlineandmotorPowerlineandmotor152BCSTheory-TheCooperpairsBCSTheory-TheCooperpairs1539-3電路直流電路串聯電阻並聯電阻交流電路虛擬電路實驗9-3電路直流電路1549-3.1直流電路DirectCurrentCircuitAbimetallicstripflasher以電阻電熱絲加熱bimetallicstrip，約一秒啟閉一次，可用作警示裝置。9-3.1直流電路DirectCurrentCircui155Ex.8

BimetallicStripFlasherEx.8BimetallicStripFlasher156AutomaticCoffeeMakerAutomaticCoffeeMaker157Ex.9簡單直流電路內之電位（電壓）升降

克希荷夫Kirchhoff迴路定理

Ex.9簡單直流電路內之電位（電壓）升降克希荷夫Kir158Ex.10

TheAmmeterandthe

VoltmeterEx.10TheAmmeterandthe159Ex.11

RC電路電阻－電容電路Ex.11RC電路電阻－電容電路160Ex.11

(cont)

ChargingaCapacitorEx.11(cont)ChargingaCapaci161Ex.11(cont)如果R=10MC=1F經過46s後，e=0.01，充電達99﹪可用作間歇式雨刷等電路控制。Ex.11(cont)如果R=10MC1629-3.2Resistanceinseries9-3.2Resistanceinseries1639-3.3Resistorsinparallel9-3.3Resistorsin