大学物理 第四章静电场中电介质.ppt

d 总电量为 电容器的电容为 例题16 16、如图所示，空气平行板电容器的面积为S，板间距为d，今以厚度为d’（d’d）的铜板平行的插入电容器中，求（1）此电容器的电容 C’；（2）铜板离极板的距离对上述结果有无影响；（3）使电容器充电到两极板电势差为 V0后与电源断开，再把铜板从电容器中抽出，外力做多少功 。 d’ d * 例题分析 基本概念 教学基本要求 第四章 静电场中的电介质 第四章 静电场中的电介质 一、教学基本要求: 1、了解电介质极化及其微观解释。了解各向同性电介质中的 与 的联系和区别。 2、了解电容器及电容，了解电场能量密度的概念，了解电场的物质性。 二、基本概念 静电场的能量 电容 电介质中的高斯定理 电位移矢量 电介质中的电场 极化强度 矢量 电介质 电介质：电阻率很大、导电能力很差的绝缘体称为电介质；电介质分为极性分子和无极性分子两类。电介质放入电场中，介质表面出现极化电荷，反过来影响电场的分布。 电极化强度矢量 ：电介质内部某点附近的单位体积的分子电偶极矩的矢量和，即 实验证明，在各向同性的电介质中， , 式中，是电介质的相对介电常数，是一个无单位的纯数。 为介质中总的电场强度。 电介质中的电场：电介质中的场强 是自由电荷 的场强 与极化电荷 的场强 两者叠加的结果。 电位移矢量 : 由于静止的极化电荷和自由电荷产生的都是静电场。因而静电场的基本定理仍然成立，即 由于极化电荷 不易求得，应用高斯定理求介质中的电场 时遇到困难，为避免在计算中出现与极化电荷有关的项，引入电位移矢量，表示为 对于各向同性的均匀电介质，有 式中， 称为电介质的介电常数。 当自由电荷的分布和电介质的形状都具有一定的对称性时，可利用电介质中的高斯定理求出电位移矢量 ，再由 求出电介质中的电场强度，它的优点是不必求 。 电介质中的高斯定理：电介质中通过任一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。 电容： 电容是表征导体或导体组储存电荷能力的物理量。 电容器的电容： 式中， 为电容器任意一个极板所带的电量的绝对值； 为两导体板间的电势差； 电容只与导体本身的形状、大小、相对位置及周围介质有关，与带电多少及是否带电无关。 孤立导体的电容: （可认为电容器的另一极板处于无限远时所得的电容） 式中， 为孤立导体相对于无限远处的电势； 孤立导体所带的电量； 电容器并联在满足耐压的情况下，增大电容量，且每个电容器两端电压相等，并等于等效电容器的两端的电压。 电容器串联可提高耐压能力，且每个电容器的两极板上都带有相同的等量异号电荷，并等于等效电容器两极板上的电荷。 静电场的能量:在电荷移动过程中，外力必须做正功。外力做的功转化为电能储存在电场中。 孤立导体或电容器储存的电场能量为 整个电场空间的总能量为 积分区域遍及整个电场所在的空间。 带电电容器周围存在静电场。实际上，带电电容器的能量储存在整个电场空间，是电场的能量。单位体积内的能量（能量体密度）为 例题1 1、一空气平行板电容器，充电后把电源断开，这时电容器中储存的能量为 W0，然后在两极板之间充满相对介电常数为 的各向同性均匀电介质时，则该电容器中储存的能量为[ ]。 (A) (B) (C) (D) 例题2 2、一空气平行板电容器始终与电源相连，这时电容器中储存的能量为 W0，然后在两极板之间充满相对介电常数为 的各向同性均匀电介质时，则该电容器中储存的能量为[ ]。 (A) (B) (C) (D) 例题3 3、一空气平行板电容器始终与一端电压一定的电源相连，当电容器两极板间为真空时，电场强度为 ，电位移为 ，然后在两极板之间充满相对介电常数为 的各向同性均匀电介质时，场强度为 ，电位移为 ，则[ ]。 (A) (B) (C) (D) 例题4 4、一空气平行板电容器，充电后把电源断开，当电容器两极板间为真空时，电场强度为 ，电位移为 ，然后在两极板之间充满相对介电常数为 的各向同性均匀电介质时，场强度为 ，电位移为 ，则[ ]。 (A) (B) (C) (D) 例题5 5、将一空气平行板电容器接到电源上充电到一定电压下，断开电源，再将一块极板面积相同的金属板平行的插入两极板之间，则由于金属板的插入及其位置的不同，对电容器储能的影响为[ ]。 (A)储能减少