《医用物理学》教学课件：5-静电场-3.pptx

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1、第五章静电场§5-1库仑定律§5-2高斯定理§5-3静电场力的功电势§5-4静电场中的电介质§5-5静电场的能量2013.3.28广州塔2010年9月22日晚上8点45分，美国摄影师杰·费恩拍摄到闪电直接打在自由女神像上的惊人照片，此时费恩58岁，他尝试拍摄闪电打中自由女神像的照片已经有40多年了，从少年时期刚接触摄影开始，这就是他的一个心愿。导体绝缘体1.导体conductor存在大量的可自由移动的电荷2.绝缘体（电介质）dielectric没有可以自由移动的电荷3.半导体semiconductor介于导体和绝

2、缘体之间§5-4静电场中的电介质本节讨论电介质与电场的相互影响5.4.1电介质及其结构极性分子（水、有机玻璃等）非极性分子（氢、甲烷、石蜡等）电偶极矩复习有固有电偶极矩极性分子非极性分子5.4.2电介质的极化非极性分子极性分子+-位移极化取向极化+++++-----+++++-----束缚电荷极化电荷感生电矩5.4.2电介质的极化+++++++++++-----------5.4.3电介质中的静电场以无限大带电平行板间的电场为例总电场强度++++++------如何求单位：:电极化强度:分子偶极矩:宏观小微观大1

3、.电极化强度定义：单位体积的分子的电偶极矩的矢量和.实验证明：当电介质中的电场E不太强时,各种各向同性的电介质的电极化强度与E成正比,方向相同.极化率2.电极化强度与束缚电荷的关系电介质出现束缚电荷是电介质被极化的结果,所以束缚电荷与极化强度之间存在定量的关系.以非极性分子电介质为例感生电矩束缚电荷面密度+++++++++++-----------3电介质中的电场强度以无限大带电平行板中的电场为例总电场强度++++++------如何求+++++++++++-----------总电场强度++++++------

4、定义:相对电容率(相对介电常数)电介质的电容率(介电常数)适用条件：各向同性电介质无限大各向同性介质中点电荷场强库仑定律1.成立的条件：各向同性的电介质讨论2.同样的场源电荷在真空中产生的场是在某一介质中产生的场的倍。举例说明(1)电极化率和相对介电常数都表征电介质在外场中的极化性质.(2)无单位的纯数；(3)在真空中，；在空气中，；在固体和液体中，比1大许多。(4)极性分子构成的电介质的相对介电常数随着温度的升高而减小;非极性分子构成的电介质的相对介电常数与温度无关.自由电荷引入：电位移矢量D这是一个辅助物理

5、量。既有自由电荷，又有束缚电荷电介质中的高斯定理4.电介质中的高斯定理真空中的高斯定理束缚电荷了解自由电荷引入：电位移矢量D这是一个辅助物理量。电介质中的高斯定理对于各向同性介质5.4.3电介质中的静电场了解[例5-7]求插有电介质片的带电平行板内的电场及电介质表面的束缚电荷面密度.已知平行板间距为d，电介质片厚度为h，极板上的电荷面密度为σ.++++++++-------++++++------自学1.电容器能储存电荷量，彼此绝缘而又靠近的导体系统称为电容器。这两个彼此接近的隔离导体称为电容器的极板§5-5静电

6、场的能量5.5.1电容器及其电容CapacitorandCapacitance电容器的电容§5-5静电场的能量5.5.1电容器及其电容电容器的电容单位:法拉电容器是存储电荷量或电能的装置，电容是表征电容器存储电荷量或电能的能力的物理量。典型的电容器平行板d球形R1R2柱形R2R1平板电容器++++++------（1）两带电平板间的电场强度设两导体板分别带电（2）两带电平板间的电势差（3）平板电容器电容电容器的电容电容器电容的计算1）设两极板分别带电；2）求；3）求；4）求.计算步骤电容的大小仅与导体的形状、相对

7、位置、其间的电介质有关.与所带电荷量无关.讨论平板电容器＋＋＋＋＋＋＋＋球形电容器是由半径分别为　和　的两同心金属球壳所组成．解：设内球带正电（　　），外球带负电（）．*球形电容器电容器的电容利用高斯定理，可得练习1.电介质对电容的影响相对电容率+++++++-------+++++++-------相对电容率电容率电容器的能量可以用在整个放电过程中电场力所做的功来度量.5.5.2电容器的能量电容器贮存的电能+5.5.3静电场的能量与能量密度物理意义：电场是一种物质，它具有能量.电场空间所存储的能量电场能量密度+

8、++++++++---------对于平板电容器来说电容器的能量[例5-9]如图所示,球形电容器的内、外半径分别为和　，所带电荷为.若在两球壳间充以电容率为　的电介质.问此电容器贮存的电场能量为多少？解:[例5-9]如图所示,球形电容器的内、外半径分别为和　，所带电荷为.若在两球壳间充以电容率为　的电介质.问此电容器贮存的电场能量为多少？球形电容器电容[例5-8]一空气平