電場與導(dǎo)體及電介質(zhì)的相互作用

電場與導(dǎo)體及電介質(zhì)的相互作用第1頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月本章內(nèi)容本章內(nèi)容interactionofelectrostaticfieldwithconductor電容capacity靜電場與介質(zhì)的相互作用interactionofelectrostaticfieldwithdielectric

介質(zhì)中的高斯定理Gausstheoremindielectric

電場的能量energyofelectricfield

電場與導(dǎo)體的相互作用第2頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）、靜電感應(yīng)過程與靜電平衡狀態(tài)1、靜電感應(yīng)過程導(dǎo)體放入靜電場中時，導(dǎo)體上自由電荷將在靜電場的作用下重新分布，從而在導(dǎo)體兩端累積起等量異種電荷，這一過程稱為靜電感應(yīng)，所累積起的電荷相應(yīng)地稱為感應(yīng)電荷。2、靜電平衡狀態(tài)靜電感應(yīng)過程中，導(dǎo)體兩端所累積起的等量異種感應(yīng)電荷又將產(chǎn)生感應(yīng)電場，隨著感應(yīng)電荷的逐漸積累，感應(yīng)電場逐漸增強。當其強度增至與外加靜電場相等時，靜電感應(yīng)過程暫告結(jié)束，導(dǎo)體達到所謂的靜電平衡狀態(tài)。電場中的導(dǎo)體電容器一、導(dǎo)體的靜電平衡電場與導(dǎo)體的相互作用第3頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的基本特征:①、導(dǎo)體內(nèi)部場強（合場強）處處為零②、導(dǎo)體內(nèi)部的凈電荷為零，凈電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面；③、導(dǎo)體表面的場強跟該處的表面垂直；④、導(dǎo)體表面是等勢面，整個導(dǎo)體是一個等勢體。第4頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)體靜電感應(yīng)靜電場與導(dǎo)體的相互作用靜電場與導(dǎo)體的相互作用7-1interactionofelectrostaticfieldwithconductor一、導(dǎo)體的靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)有大量自由電子。自由電子在導(dǎo)體內(nèi)作不停的熱運動若導(dǎo)體無外加電荷或受外電場作用自由電子分布均勻?qū)w整體不顯電性若施以外電場自由電子定向漂移電荷重新分布導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號電荷稱為靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的感生電荷產(chǎn)生一個附加電場導(dǎo)體內(nèi)合電場為靜電場與導(dǎo)體的相互作用靜電場與導(dǎo)體的相互作用第5頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)體靜電平衡靜電場與導(dǎo)體的相互作用靜電場與導(dǎo)體的相互作用導(dǎo)體內(nèi)有大量自由電子。一、導(dǎo)體的靜電平衡若施以外電場自由電子定向漂移電荷重新分布導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號電荷稱為靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的感生電荷產(chǎn)生一個附加電場導(dǎo)體內(nèi)合電場為導(dǎo)體內(nèi)合電場為靜電平衡導(dǎo)體達到導(dǎo)體內(nèi)合電場自由電子停止定向漂移自由電子不斷漂移附加電場不斷增大第6頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月靜電平衡條件導(dǎo)體達到靜電平衡的條件是導(dǎo)體內(nèi)部的場強處處為零導(dǎo)體表面的場強處處垂直于導(dǎo)體表面導(dǎo)體內(nèi)不論導(dǎo)體的內(nèi)部或表面，均無電子作定向運動此時導(dǎo)體的整體成為等勢體表面等勢面成為第7頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月實心導(dǎo)體二、靜電平衡時導(dǎo)體上的電荷分布實心導(dǎo)體因靜電平衡時導(dǎo)體內(nèi)處處在導(dǎo)體內(nèi)任意區(qū)域作高斯面導(dǎo)體內(nèi)部處處無凈電荷凈電荷只能分布于其外表面根據(jù)導(dǎo)體的靜電平衡條件及靜電場的高斯定理導(dǎo)體內(nèi)討論三類典型情況和等勢性質(zhì)第8頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月空腔無荷導(dǎo)體腔內(nèi)無電荷的空腔導(dǎo)體因靜電平衡時導(dǎo)體內(nèi)處處作高斯面在導(dǎo)體內(nèi)包圍空腔面上處處可能可能內(nèi)表面無電荷內(nèi)表面有等量異號電荷腔內(nèi)無電荷的空腔導(dǎo)體其電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面成立與靜電平衡時導(dǎo)體為等勢體相矛盾排除此可能性第9頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月空腔有荷導(dǎo)體腔內(nèi)有電荷的空腔導(dǎo)體設(shè)導(dǎo)體原已帶有電量空腔內(nèi)電荷的電量因靜電平衡時導(dǎo)體內(nèi)處處作高斯面在導(dǎo)體內(nèi)包圍空腔面上處處空腔內(nèi)電荷電量導(dǎo)體內(nèi)表面分布的電量因本系統(tǒng)的導(dǎo)體中電荷守恒導(dǎo)體外表面分布的電量為第10頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月靜電屏蔽三、靜電屏蔽利用封閉導(dǎo)體殼隔離靜電場的影響封閉導(dǎo)體殼不論是否接地，內(nèi)部電場不受殼外電荷影響接地封閉導(dǎo)體殼外部電場，不受殼內(nèi)電荷的影響腔內(nèi)位置變化無影響腔內(nèi)電量變化有影響若不接地第11頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月平衡導(dǎo)體近場四、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體表面附進的場強不論自身是否帶電不論外部電荷的電場如何復(fù)雜一旦靜電平衡在導(dǎo)體內(nèi)處處為零一切電荷的合場強在導(dǎo)體外于表面附近處處與表面垂直某導(dǎo)體必有若此時導(dǎo)體表面某處的電荷面密度為貼近該處表面的外部場強大小為第12頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月近場公式證明四、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體表面附進的場強不論自身是否帶電不論外部電荷的電場如何復(fù)雜一旦靜電平衡在導(dǎo)體內(nèi)處處為零一切電荷的合場強在導(dǎo)體外于表面附近處處與表面垂直某導(dǎo)體若此時導(dǎo)體表面某處的電荷面密度為貼近該處表面的外部場強大小為必有證明作一圓柱形微薄高斯面母線平行于表面電場兩底面分別處在導(dǎo)體內(nèi)、外設(shè)兩底面積均為由高斯定理側(cè)面電通量導(dǎo)體內(nèi)的底面電通量第13頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月凡例已知金屬球帶電同心金屬球殼帶電的內(nèi)外表面電量間的電勢差與接觸靜電平衡后又如何解法提要：接觸靜電平衡后成等勢體只在外表面有電荷，電量仍為第14頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電容器：兩個彼此絕緣而又互相靠近的導(dǎo)體組成一個電容器。2、電容器電容的大小等于它所帶的電量（一個極板所帶電量的絕對值）跟它的兩極間的電勢差的比值.●電容的大小只和電容器本身的性質(zhì)有關(guān)而和所帶電量多少，兩極間電壓的高低無關(guān).電容第15頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3、平行板電容器：平行板電容器的兩種典型變化改變d→U不變，Q變，E變改變S→U不變，Q變，E不變改變d→Q不變，E不變，U變改變S→Q不變，E變，U變（1）兩極板始終與電池正負極相連（即U不變）（2）充電后與電池正負極斷開（即Q不變）第16頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月4、孤立導(dǎo)體球也能帶電,故它也具有電容,電容為:上式表明，球形導(dǎo)體的電容是與球半徑成正比例，因而地球的電容極大，所以，無論它的帶電量如何變化，對它的電勢幾乎沒有什么影響，這就是可取地球電勢為零的原因。同時，將帶電金屬小球接地，可看作兩個球形電容器并聯(lián)，由于地球的半徑遠大于小球的半徑，所以幾乎所有電荷都流向大地。第17頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月5、電容器的聯(lián)接①、串聯(lián)特征：②并聯(lián)特征：第18頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月電容7-2capacity電容一、孤立導(dǎo)體的電容某導(dǎo)體若其它導(dǎo)體及帶電體足夠遠孤立導(dǎo)體稱之為某孤立導(dǎo)體球孤立導(dǎo)體的電容定義：即導(dǎo)體為單位電勢時所帶的電量只與導(dǎo)體的形狀和大小有關(guān)若使其帶電量為則其電勢為但比值只與球的大小有關(guān)任何孤立導(dǎo)體都有類似的電學性質(zhì)以無窮遠為電勢零點，電容第19頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月孤立導(dǎo)體電容電容一、孤立導(dǎo)體的電容某導(dǎo)體若其它導(dǎo)體及帶電體足夠遠孤立導(dǎo)體稱之為某孤立導(dǎo)體球孤立導(dǎo)體的電容定義：即導(dǎo)體為單位電勢時所帶的電量只與導(dǎo)體的形狀和大小有關(guān)若使其帶電量為則其電勢為但比值只與球的大小有關(guān)任何孤立導(dǎo)體都有類似的電學性質(zhì)以無窮遠為電勢零點，孤立導(dǎo)體的電容定義：即導(dǎo)體為單位電勢時所帶的電量只與導(dǎo)體的形狀和大小有關(guān)電容的單位法拉（F）1法拉（F）=1庫侖（C）/1伏特（V）1微法（F）=10法拉（F）1皮法（F）=10微法（F）若將地球看作半徑R=6.3710m的孤立導(dǎo)體球地球的電容=7.0810（F）地球=708（F）第20頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月電容器電容二、電容器的電容電容器的電容定義：兩導(dǎo)體面積很大相距很近，電荷集中分布于兩導(dǎo)體相對的表面，電場線集中在兩導(dǎo)體間的狹窄區(qū)域，電勢差受外界影響很小，有利于保持電容值的穩(wěn)定。通常，兩個相距很近的導(dǎo)體構(gòu)成的組合都可稱為電容器。設(shè)當電容器中兩導(dǎo)體A、B分別帶等值異號電量和時，兩導(dǎo)體間的電勢差為第21頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月平行板電容器平行板電容器的電容各極板帶電量兩極板間場強大小在真空中，兩極板間電勢差真空中平行板電容器的電容正比于反比于各極板電荷面密度各極板電荷分布面積導(dǎo)體極板第22頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月圓柱形電容器圓柱形電容器的電容共軸導(dǎo)體薄圓筒分別帶電量單位長度上各圓筒帶電量大小間的電勢差ln真空中圓柱形電容器的電容ln正比于反比于ln間離軸處的場強大小應(yīng)用高斯定理心算易知：第23頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電介質(zhì)的分類：無極分子電介質(zhì)有極分子電介質(zhì)無極分子電介質(zhì):外電場不存在時，分子的正負電荷中心是重合的，這種電介質(zhì)叫做～如：H2

，CH4有極分子電介質(zhì):外電場不存在時，分子的正負電荷中心不重合，這種電介質(zhì)叫做～如：H2O，CO二、電介質(zhì)的極化第24頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2、電介質(zhì)的極化當把介質(zhì)放入電場之后，無極分子正、負電荷的中心被拉開，--＋--＋--＋--＋--＋--＋--+++-分子形成一個偶極子；對于有極分子，由于分子的無規(guī)則熱運動，不加外電場時，分子的取向是混亂的，宏觀上不顯電性，在外電場作用下，有極分子發(fā)生轉(zhuǎn)動，趨向于有序排列。可見，無論是有極分子，還是無極分子，在外加場強作用下都成為沿外電場方向排列的偶極子。如圖所示，在介質(zhì)表面上出現(xiàn)束縛電荷（不能自由移動，也不能離開介質(zhì)而移到其他物體上，和自由電荷相比，也稱極化電荷）的現(xiàn)象，稱之為電介質(zhì)的極化。第25頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月束縛電荷在電介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生一個與外電場相反的電場（退極化場），因此，與真空相比，電介質(zhì)內(nèi)部的電場要減弱，減弱的程度隨電介質(zhì)而不同，容易極化的電介質(zhì)，極化后產(chǎn)生的束縛電荷多，它的內(nèi)部場強的減弱就多，物理上用介電常數(shù)ε來表示電介質(zhì)的這一特性。對于電介質(zhì)ε一般均大于1，對于真空ε＝1，對于空氣ε≈1

第26頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3、在真空中場強為E0的區(qū)域內(nèi)充滿介電常數(shù)為ε的電介質(zhì)后，其場強為：第27頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月電介質(zhì)7-3靜電場與電介質(zhì)的相互作用interactionofelectrostaticfieldwithdielectric

電介質(zhì)（電絕緣體）一、即使在外電場作用電介質(zhì)中的電子受所屬原子的原子核很強的束縛，無自由電荷的宏觀運動。沿電場方向相對于原子核作一微觀位移，下也只能無外場作用條件下，從分子的線度看電介質(zhì)的電結(jié)構(gòu)，可將電介質(zhì)分成兩類無極分子電介質(zhì)有極分子電介質(zhì)分子的正、負電荷中心重合分子的正、負電荷中心不重合如氫、聚丙乙烯、石蠟如水、環(huán)氧樹脂、陶瓷靜電場與電介質(zhì)的相互作用第28頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月位移極化二、電介質(zhì)的極化無外電場時，無極分子介質(zhì)宏觀上不呈電性介質(zhì)中各無極分子的正、負電荷中心發(fā)生相對位移，導(dǎo)致介質(zhì)與外場垂直的兩端面出現(xiàn)正、負束縛電荷，稱為電介質(zhì)的位移極化。位移極化外場使正、負電荷中心發(fā)生等效于一個電偶極子相對位移，無極分子設(shè)電介質(zhì)各向同性且均勻電矩電介質(zhì)的位移極化位移極化第29頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)向極化有極分子電介質(zhì)的轉(zhuǎn)向極化轉(zhuǎn)向極化外場對有極分子的電矩產(chǎn)生力矩，使有極分子轉(zhuǎn)向。電矩轉(zhuǎn)向力矩有極分子等效于電矩一個電偶極子使得無極分子介質(zhì)宏觀上不呈電性介質(zhì)中各有極分子受轉(zhuǎn)動力矩作用，其電矩端面出現(xiàn)正、負束縛電荷，稱為電介質(zhì)的轉(zhuǎn)向極化。無外電場時，分子熱運動趨向方向，導(dǎo)致介質(zhì)與外場垂直的兩轉(zhuǎn)向極化位移極化第30頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月附加場強無限均勻電介質(zhì)三、極化后電介質(zhì)內(nèi)的場強電介質(zhì)極化的兩端面上出現(xiàn)束縛電荷無論位移極化或轉(zhuǎn)向極化，其宏觀效果同樣導(dǎo)致真空真空束縛電荷產(chǎn)生的附加場強（與反向）介質(zhì)內(nèi)的合場強比真空時弱，但不為零。與導(dǎo)體靜電平衡截然不同。第31頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月相對電容率為保持不變真空將它充滿某種電介質(zhì)后實驗電容器兩極板間所加的電壓分別為比值與電介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，稱為相對電容率相對介電常數(shù)由電容器電容的普遍定義得（充滿均勻介質(zhì)）（真空）時的倍。具有普遍性。結(jié)論：四、電介質(zhì)對電容器電容的影響第32頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月束縛電荷密度已知充滿均勻?qū)w極板上的自由電荷面密度不變電介質(zhì)電介質(zhì)的束縛面電荷密度解法提要其中自由電荷的場強大小束縛電荷的場強大小反向合場強大小兩極板電勢差真空時充滿后，由于均勻介質(zhì)出現(xiàn)束縛電荷的兩個端面，分別與導(dǎo)體電極的等勢面一致，則第33頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月例題場強、電勢分布解法提要：場強分布已知電勢分布以無窮遠為電勢零點第34頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月電介質(zhì)的擊穿五、電介質(zhì)的擊穿若電介質(zhì)所處的電場非常強，介質(zhì)中的電子有可能脫離原子核的束縛，并碰擊分子，使其電離，引起自由電子倍增效應(yīng)，介質(zhì)失去極化特性，變成導(dǎo)電體，稱為電介質(zhì)的擊穿。電介質(zhì)的擊穿電介質(zhì)擊穿的場強，稱為擊穿場強。擊穿場強電介質(zhì)相對電容率擊穿場強1.00053.54.55.76.83.77.55.07.65.010316146208020010201015空氣（標準狀態(tài)）變壓器油陶瓷云母電木玻璃第35頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月介質(zhì)高斯定理7-4Gausstheoremindielectric

電介質(zhì)中的靜電場高斯定理高斯定理運用真空中結(jié)合本題內(nèi)電荷代數(shù)和由前例知帶入后得：表示面所包圍的自由電荷電量的帶數(shù)和一、電位移矢量自由電荷面密度充滿均勻束縛面電荷密度高斯面導(dǎo)體內(nèi)介質(zhì)內(nèi)合場電介質(zhì)中的靜電場高斯定理第36頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月電位移矢量D介質(zhì)高斯定理電介質(zhì)中的高斯定理高斯定理運用真空中結(jié)合本題內(nèi)電荷代數(shù)和由前例知帶入后得：表示面所包圍的自由電荷電量的帶數(shù)和一、電位移矢量自由電荷面密度充滿均勻束縛面電荷密度高斯面導(dǎo)體內(nèi)介質(zhì)內(nèi)合場稱為電位移矢量簡稱電位移其中稱為介質(zhì)的電容率電介質(zhì)中的高斯定理寫成穿過任一高斯面的電位移通量面內(nèi)自由電荷的代數(shù)和是一個輔助量，可避開計算束縛電荷。的單位為庫侖米第37頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月介質(zhì)高斯例一空隙中介質(zhì)中兩極板間已知真空時充電電壓插入介質(zhì)板后切斷電源極板面積高斯面高斯面解法提要極板帶自由電荷電量自由電荷面密度空隙中空隙介質(zhì)中介質(zhì)第38頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月介質(zhì)高斯例二應(yīng)用介質(zhì)中的高斯定理高斯面高斯面解法提要高斯面高斯面高斯面高斯面高斯面高斯面點的第39頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月介質(zhì)環(huán)路定理電介質(zhì)中的靜電場環(huán)路定理無論自由電荷還是束縛電荷所產(chǎn)生的靜電場都是保守場，若電介質(zhì)中分布的場強是自由電荷和束縛電荷的合場強在電介質(zhì)中沿任一閉合回路，電場強度的環(huán)流為零。第40頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月電場能量7-5電場的能量energyofelectricfield

電容器充電過程某時刻極板帶電兩板電勢差此時要充入外力（電源）需作功充電過程結(jié)束極板帶電兩板電勢差充電全過程外力所作的功電容器的電容愈大、充電電壓愈高，電容器儲存的能量就愈多。等于電容器充電后儲存的能量電場的能量第41頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月電場能量密度電容器充電后儲存的能量可用場量表達電場分布體積忽略邊沿效應(yīng)電場能量電場能量密度電場中存在于極板面積有電場的地方必有電場能量。非勻強電場中某點的電場能量密度，用該點的和代入上式計算。第42頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月推廣若在各向同性均勻電介質(zhì)中非勻強電場的空間變化規(guī)律已知電場能量密度的空間分布為某點處的體積元含電場能量為體積內(nèi)含電場能量為第43頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月電場能量例題已知該帶電系統(tǒng)的電場能量解法提要：用高斯定理易求出場強沿徑向分布薄球殼的體積儲能代入整理得系統(tǒng)的電場能量第44頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月隨堂小議請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議

如圖金屬球A與同心球殼B組成電容器，球A

帶電荷q

球殼B帶電荷Q，測得球與球殼的電勢差為，則電容器的電容值為OABQq結(jié)束選擇q+QVABQVABqVABq+Q2VAB（1）（3）（2）（4）第45頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月小議鏈接1請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議

如圖金屬球A與同心球殼B組成電容器，球A

帶電荷q

球殼B帶電荷Q，測得球與球殼的電勢差為VAB,則電容器的電容值為OABQq結(jié)束選擇q+QVABQVABqVABq+Q2VAB（1）（3）（2）（4）第46頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議

如圖金屬球A與同心球殼B組成電容器，球A

帶電荷q

球殼B帶電荷Q，測得球與球殼的電勢差為，則電容器的電容值為OABQq結(jié)束選擇q+QVABQVABqVABq+Q2VAB（1）（3）（2）（4）小議鏈接2第47頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月小議鏈接3請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議

如圖金屬球A與同心球殼B組成電容器，球A

帶電荷q

球殼B帶電荷Q，測得球與球殼的電勢差為，則電容器的電容值為OABQq結(jié)束選擇q+QVABQVABqVABq+Q2VAB（1）（3）（2）（4）第48頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月小議鏈接4請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議

如圖金屬球A與同心球殼B組成電容器，球A

帶電荷q

球殼B帶電荷Q，測得球與球殼的電勢差為，則電容器的電容值為OABQq結(jié)束選擇q+QVABQVABqVABq+Q2VAB（1）（3）（2）（4）第49頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3、平行板電容器：平行板電容器的兩種典型變化改變d→U不變，Q變，E變改變S→U不變，Q變，E不變改變d→Q不變，E不變，U變改變S→Q不變，E變，U變（1）兩極板始終與電池正負極相連（即U不變）（2）充電后與電池正負極斷開（即Q不變）第50頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月4、孤立導(dǎo)體球也能帶電,故它也具有電容,電容為:上式表明，球形導(dǎo)體的電容是與球半徑成正比例，因而地球的電容極大，所以，無論它的帶電量如何變化，對它的電勢幾乎沒有什么影響，這就是可取地球電勢為零的原因。同時，將帶電金屬小球接地，可看作兩個球形電容器并聯(lián)，由于地球的半徑遠大于小球的半徑，所以幾乎所有電荷都流向大地。第51頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月5、電容器的聯(lián)接①、串聯(lián)特征：②并聯(lián)特征：第52頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）、電介質(zhì)的極化1、電介質(zhì)的分類：無極分子電介質(zhì)有極分子電介質(zhì)無極分子電介質(zhì):外電場不存在時，分子的正負電荷中心是重合的，這種電介質(zhì)叫做～如：H2

，CH4有極分子電介質(zhì):外電場不存在時，分子的正負電荷中心不重合，這種電介質(zhì)叫做～如：H2O，CO第53頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2、電介質(zhì)的極化當把介質(zhì)放入電場之后，無極分子正、負電荷的中心被拉開，--＋--＋--＋--＋--＋--＋--+++-分子形成一個偶極子；對于有極分子，由于分子的無規(guī)則熱運動，不加外電場時，分子的取向是混亂的，宏觀上不顯電性，在外電場作用下，有極分子發(fā)生轉(zhuǎn)動，趨向于有序排列?？梢姡瑹o論是有極分子，還是無極分子，在外加場強作用下都成為沿外電場方向排列的偶極子。如圖所示，在介質(zhì)表面上出現(xiàn)束縛電荷（不能自由移動，也不能離開介質(zhì)而移到其他物體上，和自由電荷相比，也稱極化電荷）的現(xiàn)象，稱之為電介質(zhì)的極化。第54頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月束縛電荷在電介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生一個與外電場相反的電場（退極化場），因此，與真空相比，電介質(zhì)內(nèi)部的電場要減弱，減弱的程度隨電介質(zhì)而不同，容易極化的電介質(zhì)，極化后產(chǎn)生的束縛電荷多，它的內(nèi)部場強的減弱就多，物理上用介電常數(shù)ε來表示電介質(zhì)的這一特性。對于電介質(zhì)ε一般均大于1，對于真空ε＝1，對于空氣ε≈1

第55頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3、在真空中場強為E0的區(qū)域內(nèi)充滿介電常數(shù)為ε的電介質(zhì)后，其場強為：第56頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）、電場中移動帶電粒子時電場力做功及電勢能變化的情況1、把正電荷從高電勢處移至低電勢處時，電場力作正功（We>0），電勢能減少(△ε<0)；2、把正電荷從低電勢處移至高電勢處時，電場力作負功（We<0），電勢能增加(△ε>0)；帶電粒子在靜電場中的行為特征3、把負電荷從高電勢處移至低電勢處時，電場力作負功（We<0），電勢能增加(△ε>0)；4、把負電荷從低電勢處移至高電勢處時，電場力作正功（We>0），電勢能減少(△ε<0)。第57頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）、電加速帶電粒子質(zhì)量為m，帶電量為q，在靜電場中由靜止開始僅在電場力的作用下做加速運動，經(jīng)過電勢差U后獲得的速度為ν0

，可由動能定理來求解，即++++____+mqUdF第58頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月例3：實驗表明，熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子，在熾熱金屬絲和金屬板間加以電壓U=2500V，從熾熱金屬絲發(fā)射出的電子在真空中被加速后，從金屬板的小孔穿出，電子穿出后的速度有多大？第59頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）、電偏轉(zhuǎn)d

+++

____mqLUFvyθvxvy-v0OP帶電粒子質(zhì)量為m，帶電量為q的負電荷，以初速度ν0沿垂直于電場方向射入勻強電場，僅在電場力的作用下做電偏轉(zhuǎn)運動，其運動類型為類平拋運動，若偏轉(zhuǎn)電板的極板長度為L，極板間距為d，偏轉(zhuǎn)電壓為U，則相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)距離y和偏轉(zhuǎn)角度θ可由如下所示的類平拋運動的規(guī)律，分別求得第60頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月1、粒子在電場中的運動是靜電場中的力學問題，從力和能兩條主線分析仍是解決問題的主要方法.從受力分析角度看多一個電場力；從能的角度看，能量轉(zhuǎn)換的種類多一個電勢能.（四）、幾點注意2、這類問題通常有三條途徑，即：①勻變速直線運動公式和牛頓定律；②動能定理和能量守恒定律；③動量定理和動量守恒定律.

其中后兩種方法還適用于帶電粒子在非勻強電場中的運動及在電場中的圓周運動，機械振動等問題.第61頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3、這類問題的另一個關(guān)鍵問題是關(guān)于重力是否可以忽略的問題：分析具體問題應(yīng)注意：①一切微觀粒子在電場中運動時，由于重力遠小于電場力，重力均可忽略不計.②對于宏觀的帶電體在電場中運動時通常應(yīng)考慮重力的作用，條件不明確時可從以下兩方面分析，其一是，重力和電場力的大小數(shù)量級接近不能忽略，反之可忽略，其二是從帶電體的運動狀況分析，若帶電體在電場中靜止或做初速度與電場線方向有夾角的勻速直線運動，重力均不能忽略.第62頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）、示波管的原理---“電加速”和“電偏轉(zhuǎn)”的綜合運用第63頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月示波管的構(gòu)造特征示波管的工作原理電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏“電加速”和“電偏轉(zhuǎn)”示波管的工作演示Ux=0，Uy=0中間亮斑Ux≠0，Uy=0亮斑在x軸上偏轉(zhuǎn)Ux=

0，Uy≠0亮斑在y軸上偏轉(zhuǎn)Ux=Umsinωt，Uy=0在x軸上形成亮線第64頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月掃描：亮斑從一側(cè)勻速的運動到另一側(cè)，然后迅速返回原處，再勻速到移向另一側(cè)，如此反復(fù)繼續(xù)，這個過程叫做掃描，所加電壓叫做掃描電壓。第65頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月例4：水平放置的平行板電容器充電后板間存在勻強電場，一質(zhì)量為m的帶電粒子從左側(cè)中央以速度v0水平射入電場中，微粒穿過電場后要沿水平方向打在熒光屏上，則：A、微粒必帶正電B、微粒必受大小為mg，方向豎直向上的電場力作用C、微粒必受大小為2mg，方向豎直向上的電場力作用D、以上說法都不對v0+－ιι答案：C第66頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月例5：帶電離子以速度v從兩平行板形成的勻強電場的正中間垂直電場射入，恰好穿過電場而不碰金屬板,欲使入射速度為v/2的同一帶電離子也恰好穿過電場而不碰金屬板，則A、使離子的帶電量減為原來的1/2B、使兩板間電壓減為原來的1/4，板間距離不變C、使兩板間距離減為原來的1/2，板間電壓不變D、使兩板間距離增為原來的4倍，板間電壓不變答案：B第67頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月例6：如圖,水