導(dǎo)體電介質(zhì)習(xí)題課-sx204課件

靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)1.掌握導(dǎo)體靜電平衡條件,并能用來(lái)確定典型導(dǎo)體的電荷分布.2.掌握導(dǎo)體電容的物理意義,掌握電容器電容的定義和計(jì)算方法.3.了解電介質(zhì)的靜電性質(zhì),能熟練運(yùn)用有介質(zhì)時(shí)的高斯定理計(jì)算充滿均勻介質(zhì)或電介質(zhì)表面是等勢(shì)面的電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng).4.理解靜電場(chǎng)儲(chǔ)能的概念,掌握電容器儲(chǔ)能和由電場(chǎng)能量密度計(jì)算某些對(duì)稱分布電場(chǎng)的能量.(一)教學(xué)要求1.導(dǎo)體靜電平衡的條件(1)用電場(chǎng)強(qiáng)度描述(2)用電勢(shì)描述:整個(gè)導(dǎo)體是等勢(shì)體,表面是等勢(shì)面.導(dǎo)體內(nèi)部任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零導(dǎo)體表面上任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度垂直于該點(diǎn)的表面.(3)用電荷分布描述:導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷,電荷只分布在導(dǎo)體表面.且(二)基本概念和規(guī)律4.電容電容器的電容:平行板電容器的電容:球形電容器的電容:同軸圓柱形電容器的電容:5.電場(chǎng)的能量(1)電場(chǎng)的能量密度:(2)任意電場(chǎng)的能量:(3)電容器的能量:1.一個(gè)孤立導(dǎo)體球殼B帶電量為Q,當(dāng)另一個(gè)帶電體A移近球殼B時(shí):(1)球殼表面附近的場(chǎng)強(qiáng)沿什么方向?(2)公式E=/0是否還適用?A對(duì)電場(chǎng)的影響如何體現(xiàn)?(3)球殼B上電荷分布將發(fā)生什么變化?球殼表面還是不是等勢(shì)面?(三)課堂討論題答：球殼表面附近的場(chǎng)強(qiáng)沿垂直表面方向。答：E=/0仍然適用！A對(duì)電場(chǎng)的影響體現(xiàn)在球殼B上的電荷密度改變了。答：B球殼表面是等勢(shì)面。若A帶正電，則B球電勢(shì)升高。R3R1R2ABQq2.半徑為R1的導(dǎo)體球A,帶電量為q,其外同心地套一個(gè)導(dǎo)體球殼B,其內(nèi)外半徑分別為R2

、R3,帶電量為Q,試問(wèn):(1)若將球殼B接地,A、B上的電荷如何分布?(2)若將球A接地,A、B上的電荷如何分布?答：若B接地，則R1面上均勻分布q，R2面上均勻分布–q。R3面上無(wú)電荷。A球接地僅意味著電勢(shì)為零!解出q'既可.這里(1)中的外球帶電量q為零，證明如下：+QA-QAq作如圖的高斯面，面上的場(chǎng)強(qiáng)方向：徑向面上的電勢(shì)U=0(整個(gè)外球到無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)的電勢(shì)都為零)所以只有答：若將球殼B接地，再在距球心O為r處(r>R3)放一電荷q，則B的電勢(shì)為零，由于A、B空間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變，所以A、B兩導(dǎo)體的電勢(shì)差不變，所以A球電勢(shì)也改變。R3R1R2ABQqrq(4)若將球殼B接地,再在距球心O為r處(r>R3)放一電荷q,則A、B兩導(dǎo)體的電勢(shì)是否改變?A、B的電勢(shì)差是否改變?為什么?(3)若在距球心O為r處(r>R3)放一電荷q,則A、B兩導(dǎo)體的電勢(shì)是否改變?A、B的電勢(shì)差是否改變?答：若在距球心O為r處(r＞R3)放一電荷q,r＜R3空間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變則A、B的電勢(shì)差不改變。而r＞R3空間的電場(chǎng)強(qiáng)度變化，所以A、B兩導(dǎo)體的電勢(shì)改變。(3)感應(yīng)電荷在球心產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與q的場(chǎng)強(qiáng)等值反號(hào).(4)感應(yīng)電荷在球內(nèi)任一點(diǎn)所產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與q的場(chǎng)強(qiáng)等值反號(hào),其大小為：場(chǎng)強(qiáng)的方向如圖.bPROAqE0r'Er4.平行板電容器被電源充電后,在不斷開(kāi)電源的情況下(1)將電容器的極板間距拉大。(2)將均勻介質(zhì)充入兩極板之間。(3)將一導(dǎo)體平板平行地插入兩極板之間。試定性地討論兩板上的電荷、電容、極板之間電壓、場(chǎng)強(qiáng)和儲(chǔ)存能量的變化。若被電源充電后,斷開(kāi)電源的情況下又如何？U不變！平行板電容器被電源充電后,在斷開(kāi)電源的情況下(1)將電容器的極板間距拉大。(2)將均勻介質(zhì)充入兩極板之間。(3)將一導(dǎo)體平板平行地插入兩極板之間。試定性地討論兩板上的電荷、電容、極板之間電壓、場(chǎng)強(qiáng)和儲(chǔ)存能量的變化。極板上電量不變！電容的改變與電容器是否連著電源無(wú)關(guān)！(4)小球不動(dòng)，如果把另一帶電體從外面移近空心球，那么，電場(chǎng)要怎樣改變?內(nèi)表面包圍的空間中電場(chǎng)不變；球殼層中電場(chǎng)還是零；球殼外空間電場(chǎng)發(fā)生變化，因?yàn)檫@時(shí)外表面電荷分布要發(fā)生變化。5.在帶電體A附近引入另一個(gè)帶電體B，能否實(shí)現(xiàn)(1)B的引入不改變A表面附近的場(chǎng)強(qiáng)。(2)B的引入不改變A表面的電勢(shì)。不能夠做到的。這是可能的。A接地，則B的引入不改變A的電勢(shì)。+qAB7.(1)電容器的電容與其帶電量有關(guān)嗎？與哪些物理量有關(guān)？(2)電介質(zhì)在電容器中的作用是什么？無(wú)關(guān)與極板的大小、形狀、相對(duì)位置以及極板間填充的介質(zhì)有關(guān)增大電容和提高電容器的耐壓能力解:金屬球是否無(wú)電荷?8.金屬球A半徑為R,外面包圍一層r=2的均勻電介質(zhì)殼,殼內(nèi)外半徑分別為R

和2R,介質(zhì)內(nèi)均勻分布電量為q0的自由電荷,金屬球接地,求介質(zhì)殼外表面的電勢(shì).R2R