大学物理(清华版)第3章课件.ppt

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1、第4章静电场中的电介质实验表明，处于静电场作用下的电介质，会产生极化现象，即介质表面会出现宏观电荷积累。极化现象会对原电场产生影响实验表明：对于均匀的、各向同性的电介质，电极化强度与总场强成正比，即ce：电介质的极化率(无量纲)电极化强度：§4-3电位移矢量和的Gauss定理ElectricDisplacementandGaussTheoremfor电位移矢量：将Gauss定理推广到电介质中：的Gauss定理：介质处于由自由电荷产生的外电场中，通过任一闭合曲面的电位移通量，等于该曲面内所包围的自由电荷的代数和。均匀各向同性电介质代入的定义式，得电介质

2、的相对介电常数说明：对于均匀各向同性的电介质，er为常数，电介质的介电常数电位移线起始于正自由电荷，终止于负自由电荷。与束缚电荷无关。电场线起始于正电荷，终止于负电荷。包括自由电荷和与束缚电荷。电位移是一个辅助物理量，本身没有物理意义。对于真空（看作为的均匀各向同性电介质），，可认为就是的另一种表达。均匀各向同性的电介质，，故有和。因此，如果已知的分布，可以求出和的分布，进而求得。如果q0和电介质本身都具有相同的、符合用Gauss定理求场分布所需的特殊对称性，可以用先求的分布。电荷分布为球对称，r=r(r)，场强沿径向，且E=E(r)。电荷分

3、布为轴对称，r=r(r)，场强沿垂直于轴的平面内的径向，且E=E(r)。电荷均匀分布于无限大带电平面，场强均匀且垂直于平面。返回CapacitanceandCapacitors§4-4电容和电容器电容的概念引入电容：一般地，由于静电感应的作用，两个导体邻近的表面带等量异号电荷Q，实验表明两导体间的电势差U总是正比于电荷Q，且Q/U只与几何参数有关。电容的意义：在电势差一定的条件下，电容越大，储存电荷的能力就越强。这个能力只决定于两导体的大小、形状、相对位置等因素。电容器通常将两个相互邻近的导体制成电学或电子元件——电容器。平行板电容器典型电容器

4、的电容+0–0球形电容器真空Q-Q圆柱形电容器(忽略边缘效应)-QQsee电容器的极板间充满均匀各向同性的电介质，电容器的电容为因此，er也称为相对电容率。平行板电容器球形电容器圆柱形电容器电容器的串并联串联（增加耐压能力）并联（增加电容）EnergyofaCapacitor§4-4电容器的能量考察电容的充电过程：充电过程的实质，把正电荷从电势低的负极板移到电势高的正极板，静电场力做负功。因此外力必须克服静电场力对电荷做功，使电容器获得能量并储存在电容器中。电容器的能量是指：电容器上电荷建立的过程中外力克服静电场力对电荷所做的功。

5、一平空气行板电容器，电容为C0，接入充电电路充电至电压为U，此后（1）保持电路接通；（2）断开电路。今在极板间插入一块相对介电常数为er的均匀各向同性介质，使介质充满极板间隙。求此过程中外力所做的功。解：无介质时电容器的储能W0为插入介质后电容器的电容：1、电路接通，U不变，插入介质后电容器能量（2）§4-5电场的能量EnergyofElectricField实际上，静电场和产生它的电荷是不可分割的，可以认为在电容器的能量就是电场所具有的。这是电场物质性的客观要求。引入电场能量密度：考虑无介质的平行板电容器，它的能量可以用场强表示：可以证明，上式对任意电

6、场（包括非静电场）都成立，是电场能量密度的普遍表达式。注：在忽略边缘效应的情况下，场强被局限在两平行极板之间，且电场是均匀的，。故有如果考虑充有均匀各向同性电介质的平行板电容器，它的能量可以用场强表示：介质的总能量密度的普遍表达式：对任意电场和任意介质普遍成立电场总能量V:遍及电场分布的整个空间[例2]一平行板电容器，极板面积为S，两板相对表面的间距为d，今在极板间插入一块相对介电常数为er、厚度为t(t

7、极板，根据高斯定理高斯面电位移线IIIIII高斯面介质外介质内插入金属板时：IIIIIIIIIIIII[例2]一平板电容器面积为S，间距d，用电源充电后，两极板分别带电为+q和-q，断开电源，再把两极板拉至2d，试求：外力克服电力所做的功。解：根据功能原理可知，外力的功等于系统能量的增量。电容器两个状态下所存贮的能量差等于外力的功。初态末态若把电容器极板拉开一倍的距离，所需外力的功等于电容器原来具有的能量。[例1]半径为a的导体球，带正电荷Q，外部有一内、外半经分别为b和c，相对介电常数为er的均匀各向同性电介质。求各处的场强分布解：利用的Gauss定

8、理求：利用求IIIIII课后作业：习题册：p172.4，6-8，11，12，14