高二物理竞赛电场能量课件

1第5章静电场§5.1

电场电场强度§5.2

电通量高斯定理§5.3

电场力的功电势§5.4

静电场中的导体和电介质§5.5

电容电容器§5.6

电场的能量2二、导体壳与静电屏蔽

1.腔内无带电体的情况

在导体中包围空腔选取高斯面S外可不为零,但

空腔内E内

=0

内表面内

=0

若内0，则内必有正负,

E线从正电荷到负电荷与导体静电平衡矛盾(与导体为等势体矛盾)只能内=0，且腔内无E线,只能E内

=0

。32.空腔内有带电体情况空腔内E内

≠0内表面q内表=-q在导体中包围空腔做高斯面说明腔内的场与腔外(包括壳的外表面)的电荷及分布无关。空腔内的内状况，取决于腔内电量q；腔内带电体及腔内壁的几何因素、介质。4第十八章静电场中的导体1）对外电场的屏蔽

空腔导体可以屏蔽外电场,使空腔内物体不受外电场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等.3.静电屏蔽

在静电平衡的状态下,空腔导体可保护腔内不受腔外电场的影响,这种现象称为静电屏蔽。5§5.6电场的能量一、带电系统的能量

对于电量为Q的带电体A，把微小电量dq从无穷远处移到A上qdq外界克服电场力做的功增加了带电体A的能量电容器在充电过程中，U和q是不断变化的。dqUq-q6空腔内表面不带任何电荷。空腔内部及导体内部电场强度处处为零，即它们是等电势。总结第一类空腔（金属空腔导体内部无带电体）7如：高压带电作业人员穿的导电纤维编织的工作服。82）屏蔽腔内电场腔内电荷q在腔内表面感应出电荷−q

，同时外表面感应出电荷q

。若将导体空腔接地，则腔外空间的电场、电势不受腔内电场的影响。9总结第二类空腔（金属空腔导体内部有带电体）腔内q与内表面的感应电荷-q,对外部场的贡献恒为零(无电力线穿出）这是第二类空腔静电屏蔽的含义。•若第二类空腔导体接地时，外表面上的感应电荷被大地电荷中和，所以不带电荷。金属空腔是零等势体。可以证明：此时壳内的任何电场都不影响外界，也不受外界影响。10电磁学第十八章静电场中的导体静电屏蔽11三、有导体存在的静电场场强与电势的计算电荷守恒定律静电平衡条件

分析方法：电荷分布高斯定理U12例:一个半径为R的接地导体球，距球心d处有一点电荷q,求导体球上感应电荷总量dq解：q在球心产生的电势为：设球面上感应电荷总量为q/,在球心产生的电势为：13因为球接地,

球心电势U=014四、电介质的极化电介质通常是指不导电的绝缘物质.1.两类电介质分子无极分子：分子正、负电荷的“中心”是重合的甲烷CH4CH+H+H+H+分子电偶极矩有极分子：其正、负电荷的“中心”也不重合水分子H2OO--H+H+正电荷中心负电荷中心152.电介质的极化机制无极分子位移极化宏观效应无外场时呈电中性有外场时出现极化电荷16有极分子转向极化θ宏观效应无外场时呈电中性有外场时出现极化电荷17*五、极化强度和极化电荷电极化强度用来定量地描述介质的极化程度。1.定义：介质中单位体积内分子电偶极矩的矢量和为极化强度矢量这里V0是指宏观上够小，但微观上够大。单位：库仑/米2极化电荷也能说明电介质极化的程度。2.极化电荷与极化强度的关系:183.电极化强度与介质中的总场的关系E0E/E

实验表明，对各向同性的均匀介质有

叫电极化率，是一个无量纲的纯数，P与E的关系与方向无关

如果电介质中各点的χ值相同，就称介质为均匀电介质只有在各向同性的均匀介质中，P与E同向19六、有电介质时的高斯定理有电介质时:在高斯面内:∑q+∑qi/定义电位移矢量

得到20在各向同性的电介质中r=1+

叫电介质的相对介电常数称介质的介电常数（电容率）21§5.5电容电容器一、孤立导体的电容

实验表明：不同大小和形状的导体达到同样的电势，所带电量是不同的定义:

孤立导体的带电量与其电势之比称之为电容

只与导体自身的结构(形状、尺寸及电介质情况)有关。与导体的电量无关。单位：法拉(F)、微法拉(F)、皮法拉(pF)1法拉=1库仑/伏特

1F＝106F＝1012pF22例:求孤立导体球的电容解:设导体带电量为q若把地球看成一个孤立导体

R=6.4×106m

C=4×8.85×10-12×6.4×106=712F

孤立导体电容器的缺点①电容值太小；②电容值不稳定23B二、电容器的电容1.电容器的电容

电容器:

具有静电屏蔽作用的电导体组合;A

实际中,严格满足电容器要求的不多,一般都是忽略边缘效应的近似.定义：电容器带电量与其电压之比24平行板电容器:

ss-dAB忽略边缘效应则极板间的电势差为平行板电容器的电容

25圆柱型电容器:+lRBRA忽略边缘效应在A、B之间的电场强度A、B两导体的电势差（取正值）长度为l的电容器电容262.介质对电容器电容的影响:

当均匀介质、均匀充满时①使电容值扩大：②电容器的耐压值介质击穿的问题27第十八章静电场中的导体按形状：柱型、球型、平行板电容器按型式：固定、可变、半可变电容器按介质：空气、塑料、云母、陶瓷等特点：非孤立导体，由两极板组成3电容器的分类28外力(电源)