电磁学2-3电容器和静电能

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电容器,：由两个用电介质隔开的金属导体组成，用以储藏电荷或电能的装置。,平板电容器,柱,形电容器,球形电容器,三种常见的电容器,R,1,R,2,2.3,电容器,和它的,电容,电容器的电容,(1),平板电容器的电容,两极板间均匀电场的场强,（两极板间为,真空,）,两极板间填充,电介质：,单位：法拉,F,平行板电容器充电后,仍与电源连接,，然后将其板间充满相对电容率为 的均匀电介质，则极板上的电荷量为原来几倍，电场为原来几倍？,(,多选,),#1b0505004c,电量为原来的,r,倍,电量为原来的 倍,电量不变,电场为原来的,r,倍,电场为原来的 倍,电场不变,A F,平行板电容器充电后,断开电源,，然后将其板间充满相对电容率为 的均匀电介质，则极板上的电荷量为原来几倍，电场为原来几倍？,(,多选,),#1b0505004d,电量为原来的,r,倍,电量为原来的 倍,电量不变,电场为原来的,r,倍,电场为原来的 倍,电场不变,C E,(2),柱形电容器的电容,真空：,电介质：,R,A,R,B,(3),球形电容器的电容,真空：,电介质：,电容器的串并联,（,1,）串联,:,（,2,）并联,:,几个电容器的电压相同,几个电容器的电量相同,规律与,电阻并联,规律相同,规律与,电阻串联,规律相同,电容器的主要性能指标,电容值 耐压值,电容器的两极间的电压超高,则电介质会因为不能承受强电场而被,击穿,导电,电容器成为导体,.,平板电容器两带等量异号电,+,0,-,0,插入,两块,均匀电介质,1,2,。,若,1,2,很难计算电容,以上都不对,#1,a0505005a,则该电容器的电容可表达为：,B,平板电容器两带等量异号电,+,0,-,0,插入,半块,均匀电介质,，,#1,a0505005b,很难计算电容,以上都不对,则该电容器的电容可表达为：,A,#1,a0505005c,以上都不对,三个同样的金属板,A,，,B,，,C,平行放置，面积都,S,，,A,和,B,相距,4 cm,，,A,和,C,相距,2.0 cm,，,B,和,C,都接地，如图所示，则该系统的电容。,C,电容器充放电的过程是能量从电源到使用电器（如灯炮）上消耗的过程,.,+,-,充电,放电,-,dq,电容器,放电,过程中,电量,-,dq,（,-,dq,o,),在电场力的作用下，,从正极板到负极板，这微小过程中电场力作功为：,2.5.3 3.7,电容器,的,能量 电场的能量,电荷是能量的携带者。,两种观点：,电场是能量的携带者。,这在静电场中难以有令人信服的理由,在电磁波的传播中,如通讯工程中能充分说明,场,才是能量的携带者,.,储存在电容器中的,静电,能,量,为,:,当电容器从,q,=Q,开始放电到,q,=,0,时，电场力作功为：,电场是能量的携带者,以平板电容器为例：,电场能量的体密度,：,是普适的,总电场能,:,平行板电容器充电后,与电源断开,，然后将其板间充满相对电容率为 的均匀电介质，则极板电荷，电容,C,、,电压,U,电场能量,W,与充电介质前相比较，其变化情况为,A.,Q,、,C,、,U,、,W,B.,Q,不变、,C,、,U,、,W,C.,Q,、,C,、,U,、,W,D.,Q,不变、,C,、,U,、,W,E.,以上都不对,#1a0505004a,B,平行板电容器充电后,仍与电源连接,，然后将其板间充满相对电容率为 的均匀电介质，则电容,C,、,电压,U,电场能量,W,与充电介质前相比较，其变化情况为,#1a0505004b,A.,U,、,C,、,Q,、,W,B.,U,不变、,C,、,Q,、,W,C.,U,、,C,、,Q,、,W,D.,U,不变、,C,、,Q,、,W,E.,以上都不对,D,真空中有一均匀带电球体和一均匀带电球面，如果它的半径和所带的电量都相等，则它们的静电能之间的关系是：,A.,球体的静电能等于球面的静电能,B.,球体的静电能大于球面的静电能,C.,球体的静电能小于球面的静电能,D.,无法比较,#1a0504014a,B,例,计算均匀带电导体球面的静电能，,已知球面半径为,R,，,总带电量为,Q,，,球外为真空,解一：,均匀带电导体球面的静电能，,储存在球面上电荷激发电场中，也就是电场能,解二：,均匀带电球面场强分布,场强分布具有球对称性,例,：,一个均匀带电球体半径为,R,带电量为,Q,，,试利用电场能量公式求此带电球的静电能。,解,:,Q,例,：,求充满均匀电介质的球形电容器的能量,。,解：设带电量为,Q,，,先求,D,R,1,R,2,分别用电容器储能和电场能量计算球形电容器的电场能量,.,（,1,）用电容器储能计算球形电容器的电场能量,.,(2),用电场能量计算球形电容器的电场能量,.,例,：,一平板电容器的极板面积为,S,，,间距为,d,，,用电源充电后，现极板上带电分别为,+Q,，,-Q,。,断开电源后，再把两极板的距离拉开到,2d,，,求,：,(1),外力克服两极板相互吸引力所作的功；,（,2,）两极板之间的相互吸引力。,解：,（,1,）,.,两极板的间距为,d,和,2d,时，平行板电容器的电容分别为：,当两极板带电为,Q,和,Q,时所储的电能分别为：,在拉开极板后，电容器中电场能量的增量为：,按功能原理，这一增量应等于外力所作的功，即：,（,2,）设两极板间的相互引力为,F,，,拉开两极板时，,所加外力应等于,F,，,外力所作的功：,两块平行板分别带,+,Q,和,Q,的电荷。将两块板移开，扩大它们之间的距离，以下哪条叙述是正确的？,+,Q,-,Q,A.,两块板之间的电压增加,B.,两块板之间的电场强度下降,C.,两块板上的电荷会减少,D.,由这两块板组成的电容的容量会增加,E.,以上都不对,#1a0504012b,A,例,：,一平板电容器，极板间无电介质时连在电压为,V,的电源上,.,问：,(1),电容器储存的能量,.(2),充电后，断开电源,再插入相对电容率为,r,厚度为,d,的电介质板，则电容器储存的能量又是多少？,(3),插入过程中外力所做的功是多少？,V,S,d,解：,1.,2.,极板上的电荷,q,不变,3.,插入过程中,电介质板极化,束缚电荷与极板上的自由电荷相互吸引,.,则：外力做功为,静电力做正功,电场能减少,.,V,S,d,例2,平行板空气电容器的面积为,S,，,极板间距为,d,，今以厚度为,2,d,/3,的等面积铜板置于电极之间。然后对两极板充电至电压为,V,，断开电源后，再将铜板抽出。,问：外界（指非静电力）需作多少功？,思路：,1),插入铜板后：,可以看作两个电容器,C,1,、,C,2,串联。,S,A,B,d,2),抽出铜板时：,3),功：,解：,插入铜板后，,设：铜板的两个面与,相邻的极板间距分别为,d,1,、,d,2,可以看作两个电容器,C,1,、,C,2,串联。,S,A,B,d,S,A,B,d,外界作功：,抽出铜板时：,作业,2.3.1,2.3.2,2.5.1,2.5.2,3.4.2,3.4.3,3.5.5,3.5.9,3.5.10,