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1、2.了解电介质的极化现象及其微观解释，了解电容。3.了解各向同性介质中 和 的关系和区别；了解电介质中的高斯定理和安培环路定律。4.了解电场能量。1.掌握导体静电平衡条件，能用该条件分析带电导体在静电场中的电荷分布；求解有导体存在时场强与电势的分布问题；第1页/共47页一.静电感应 导体的静电平衡条件金属导体由带正电的晶体点阵和可以在导体中移动的自由电子组成当不带电或无外电场存在时，导体中正负电荷均匀分布，呈电中性1.金属导体的特征9-1 静电场中的导体第2页/共47页2.静电感应 导体置于电场中，其上的电荷重新分布的现象，称为静电感应。第3页/共47页3.导体的静电平衡条件导体中无电荷作宏观
2、定向运动，即处于静电平衡状态 导体静电感应过程+第4页/共47页 静电平衡条件处处 导体表面为等势面，导体为等势体 导体表面附近 表面推论：导体q若第5页/共47页二.静电平衡时导体上电荷的分布1.内部无净电荷，净电荷只分布在导体外表面上S导体高斯面根据高斯定理导体内任意位置第6页/共47页2.导体表面上的电场强度 与电荷面密度 成正比导体放大圆盒面第7页/共47页3.导体内有空腔的情况 腔内无电荷 空腔内电势 处处相等；空腔内电场强度为零；空腔内表面上没有净电荷。腔内有隔离电荷 腔内表面有感应电荷 高斯面高斯面第8页/共47页4.导体表面曲率对导体表面上电荷分布的影响导体表面曲率越大处E 越
3、大，面电荷密度也越大（一般不与曲率成正比）尖端放电空气电离电 风第9页/共47页静电的应用静电复印机鼓面带负电的墨粉粒子在电场力作用下临时吸附在鼓轮面上鼓轮面上复制了带正电的原件图样墨粉转移并融于纸面第10页/共47页三 静电屏蔽及其应用第11页/共47页 空腔导体外的电场，只会影响导体外表面上的电荷和外部电场的分布，对导体空腔内部的电场没有影响1.屏蔽外部电场第12页/共47页2.屏蔽内外电场 接地的空心导体使空腔内带电体与外界的带电体之间的静电作用被隔绝同轴电缆屏蔽层接地外表面电荷被中和高压变压器上的鸟巢第13页/共47页一.电容器储藏电荷或电能的装置绝缘介质 空气、云母、陶瓷、电解液、纸
4、介、钛酸钡等容量可变 固定、可变、微调纸介电容器结构实用电容器分类：介电纸各种电容器平板电容器9-2 电容器 电容器的并联和串联第14页/共47页d二.电容器电容的计算1.平板电容器的电容AB电容器的电容两极板间的电势差q 极板所带电量单位法拉（F）+q-qS第15页/共47页2.柱形电容器的电容设柱面上单位长带电量两极间场强大小为-l-+第16页/共47页3.球形电容器的电容-+q-q第17页/共47页孤立导体所带电荷量及其电势q、V4.孤立导体的电容当RA=R，RB=，VA=V，VA=0时，即得球形电容器孤立导体球电容第18页/共47页5.电介质对电容器电容的影响真空电容器的电容电介质电容
5、器的电容C电介质的相对电容率，平板电容器的电容球形电容器的电容柱形电容器的电容电介质的电容率第19页/共47页2.并联1.串联三.电容器的连接并联可变空气电容器第20页/共47页 例题 9-1 击穿电压为 的压缩纸板为电介质的两个电容器串联，电容分别为 ，如在这个系统上加电压 ，问该系统是否会被击穿。解U2U0，先击穿U1=U，击穿第21页/共47页一.电介质的极化9-3 电介质的极化第22页/共47页电容器中插入电介质后，q0不变，U 减小，则C 增大+q0-q0+q0-q0常用介质云母片第23页/共47页则有电介质时 减小 电介质在外电场作用下，其表面甚至内部出现电荷的现象称为电介质的极化
6、正极化面电荷负极化面电荷自由电荷自由电荷电场极化电荷电场电中性+-+q0-q0+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-介质中电场强度大小为 均匀电介质只会出现表面极化电荷第24页/共47页二.极化的微观机理电介质极化的宏观表现：静电场中的电介质处于静电平衡状态时，电介质内的电场强度不等于零。电介质分类有极分子无极分子正电中心正、负电中心重合分子偶极子第25页/共47页无极分子 正、负电荷的中心在外电场作用下产生相对位移位移极化1.无极分子的极化 第26页/共47页2.有极分子的极化 分子
7、偶极子在外场中受力偶作用转向有极分子转向极化+-+-第27页/共47页一.电介质中的电场电介质中的场强极化电荷产生的附加电场自由电荷产生的场强+-+-+-+-d1.电介质中的电场9-4 电介质中的电场 有电介质时的 高斯定理 电位移第28页/共47页充电介质后的平板电容器的电场强度由于对于平板电容器(被削弱)真空电容器电容充均匀电介质后电容第29页/共47页2.与 的关系第30页/共47页 例题 9-2 平板电容器 ，电介质 ，求：(1)；(2)；(3)；(4)。解(1)自由电荷在真空中产生的场强大小(2)电介质内的场强大小第31页/共47页(3)电介质表面上的极化电荷面密度(4)极化电荷所产
8、生的场强大小第32页/共47页二.电介质电场中的高斯定理S 面内有电介质时真空中高斯定理以平板电容器为例S 内一切电荷代数和S 内自由电荷代数和S 内极化电荷代数和+-扁盒形高斯面 S第33页/共47页电介质中的高斯定理令电位移矢量 电场中，通过任意一个闭合曲面的电位移通量等于该曲面所包围的自由电荷的代数和。已知第34页/共47页各向同性电介质中电位移矢量电位移线 用以描述 矢量场的一系列曲线，曲线上任一点的切向就是该点电位移的方向，电位移线的密度等于该点电位移的大小。+-第35页/共47页 例题 9-3 金属球半径为R，带有电荷 ，埋在均匀“无限大”的电介质中（电容率为 ），求(1)球外任一
9、点的场强；(2)与金属球接触的电介质表面上的极化电荷。解(1)过P 作球形高斯面S，则P点的场强大小RrSP+q0第36页/共47页(2)设与金属球接触的电介质表面的极化电荷为得第37页/共47页 例题 9-4 平板电容器极板之间有两层电介质，极板的面积为S，两极板上自由电荷面密度为 。求：(1)两层电介质内的电位移和电场强度；(2)电容器的电容；(3)两层电介质表面的极化电荷面密度。解 (1)作高斯面S1第38页/共47页作高斯面S2第39页/共47页(2)电容器两极板间的电势差q一极板所带的电荷量电容器的电容(3)两层电介质表面的极化电荷面密度分别为第40页/共47页一.带电电容器的能量1
10、.带电电容器具有能量的实验验证12KK1，对C充电K2，C对L放电(瞬间L闪亮)L2.带电电容器的能量 dq+q 在如图的电容器中，将正电荷dq从负极板移到正极板，外力作的功C-q9-5 电场的能量第41页/共47页电容器极板荷电从 0q 过程中，外力作的功由功能原理知，带电电容器的能量第42页/共47页二.电场的能量对平板电容器U=Ed电场存在空间的体积 电场的能量第43页/共47页 均匀场的电场能量 任意电场的电场能量 能量密度单位体积的电场空间具有的电场能量称为能量密度第44页/共47页 例题 9-5 球形电容器的内、外球面半径分别为RA 及 RB，两球面间充满电容率为 的均匀电介质，求内、外球面各带有电荷+q 及 q 时电容器的总能量。+q-qr解取半径为r、厚dr 的同心球壳为体元，其体积为drO第45页/共47页球壳内的电场能量为球形电容器的总能量为第46页/共47页感谢您的观看！第47页/共47页