《2021-2022学年高二物理竞赛课件：静电场的能量和能量密度.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021-2022学年高二物理竞赛课件：静电场的能量和能量密度.pptx（15页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、静电场的能量和能量密度 电容器的能量：电容器的能量：电容器的充电过程：电容器的充电过程：外力不断将外力不断将dq 由由BA的过程。的过程。设：电容器的电容为设：电容器的电容为C,将将dq 由由BA，外力克服电场力作正功：，外力克服电场力作正功：在电容器极板带电总量为在电容器极板带电总量为Q的全过程中，的全过程中，Q-Q外力所作的外力所作的总功总功为：为：带电带电+q ，-qU=VA-VB。某时刻两极板某时刻两极板 圆柱形电容器：圆柱形电容器：假定假定A A、B B两筒两筒带电带电+Q、-Q 板间场强板间场强 板间电位差板间电位差单位长度单位长度的电容：的电容：只与结构及只与结构及 有关，与有关
2、，与Q无关。无关。方向如图方向如图3 球形电容器球形电容器：自己推导。：自己推导。球形电容器：球形电容器：两个同心金属球壳组成中间充满电介质两个同心金属球壳组成中间充满电介质 假定电容器带电假定电容器带电+Q，-Q；板间电场是球对称的板间电场是球对称的板间电场：板间电场：板间电位差：板间电位差：方向：沿半径向外方向：沿半径向外附：地球的电容：附：地球的电容：归纳：归纳：求求电容器电容器电容电容的方法：的方法：（1）假定二极板带等是异号电荷假定二极板带等是异号电荷+Q、-Q（2）求板间场强求板间场强 E（高斯定理）高斯定理）（3）求板间电压求板间电压 U（定义法）（定义法）（4）根据根据 C=Q
3、/U 求电容。求电容。孤立导体球的电容孤立导体球的电容导体带电量导体带电量Q与导体电势与导体电势V 之比之比例例.半径都是半径都是a的两根平行长直导线相距为的两根平行长直导线相距为d，（，（da）求单位长度的电容。求单位长度的电容。解：假定导线表面单位长度带电解：假定导线表面单位长度带电+、-，单位长度的电容：单位长度的电容：P点的场强：点的场强：电容器的串、并联电容器的串、并联并联：并联：串联：串联：（电量与电容成正比）（电量与电容成正比）q 相等相等（反比分压）（反比分压）U相等相等电容器的主要性能指标：电容器的主要性能指标：C、U（耐压能力）耐压能力）“C”或或“U”不满足要求时，可将电
4、容器串、并联。不满足要求时，可将电容器串、并联。（耐压增大）（耐压增大）（C变小）变小）（变大）（变大）讨论：讨论：下面图形是什么连接？如何求总电容？下面图形是什么连接？如何求总电容？并联并联串联串联串并联串并联并联并联串联串联例、例、平板电容器极板面积平板电容器极板面积S，间距，间距d,接在电池上维持接在电池上维持 电电压压V。均匀介质。均匀介质r 厚度厚度d，插入电容器一半。插入电容器一半。求求（1）1、2两区域的两区域的 和和 。（2）1、2两区域极板上两区域极板上 自由电荷面密度自由电荷面密度 ，。解（解（1）（2）忽略边缘效应忽略边缘效应思思考考：为为何何 同同，不不同同？电容器的能
5、量（静电位能）应等于外力所作的功。电容器的能量（静电位能）应等于外力所作的功。二、静电场的能量：二、静电场的能量：1、电场的能量体密度电场的能量体密度电容器能量电容器能量就是就是静电场能量静电场能量（包括（包括非均匀非均匀的、变化的电场）的、变化的电场）体积元体积元d v内的电场能为内的电场能为 d v整个电场的能量为：整个电场的能量为：2、电场的能量电场的能量Ed例、例、如图，计算一个球形电容器的电场能如图，计算一个球形电容器的电场能。解：解：球内球内(rRB）能量都集中在极板间。能量都集中在极板间。介质内介质内r处取一体积元处取一体积元体积元内的电场能：体积元内的电场能：故球内、外均没有能
6、量。故球内、外均没有能量。rE=0220 增加了一个增加了一个求电容求电容的方法：的方法：与前面所得结果一致。与前面所得结果一致。例：求球形电容器的电容例：求球形电容器的电容：注意：注意：10 也可用也可用 求电容器能量：求电容器能量：由能量求电容由能量求电容举一反三举一反三若求带电若求带电介质球介质球体的电场能？体的电场能？又：若当成球形电容器又：若当成球形电容器,用用 求电场能，行吗？求电场能，行吗？不行！（因球形电容器不行！（因球形电容器R内部无场）内部无场）求带电求带电介质柱体介质柱体的电场能？的电场能？原理同上原理同上柱形电容器的电场能？柱形电容器的电场能？（只在空隙（只在空隙 中有电场能）中有电场能）（柱体内外（柱体内外均有电场能！）均有电场能！）思考：思考：平板电容器中各量的平板电容器中各量的变化。变化。外力外力 缓慢缓慢拉拉一板使一板使间距从间距从在在q不变或不变或V不变时，不变时，C、q、V、D、E、We、A的变化。的变化。若板不动填入介质，若板不动填入介质，如何？如何？不不变变变小变小不不变变不不变变变变小小不不变变变变小小变小变小不不变变不不变变条条件件间间距距外力的功外力的功原因？原因？变小变小变大变大变大变大变小变小