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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,*,本章内容,9.1,电荷 库仑定律,9.2,静电场 电场强度,9.3,电通量 高斯定理,9.4,静电场的环路定理 电势能,9.5,电势 电势差,9.6,等势面,9.7,静电场中的导体,9.8,电场能量,9.9,静电场中的电介质,1.电介质是指在通常条件下导电性能极差的物质，即电介质是绝缘体。,2.电介质的性能：电气绝缘性、电极化；,3.电介质和导体在电学性能上的主要差别：,导体,中的,自由电子可作宏观定向运动,，而,电介质,中的带电粒子在电场的作用下只能作,微观的相对位移,（只有在电击穿的情形下，部分电子被解除束缚使电介质丧失绝缘性）。,关于电介质,+,-,一 电介质对电场的影响,+,-,9.9,静电场中的电介质,chsling,Q,不变时：,相对介电常数，,二 电介质的极化,无极,分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等）,有极,分子电介质：（水、有机玻璃等）,9.9,静电场中的电介质,chsling,无极分子,有极分子,+,-,整体对外,不显电性,无极分子电介质,有极分子电介质,无外场时（热运动）,9.9,静电场中的电介质,chsling,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,+,束缚电荷,束缚电荷,无极分子电介质(,位移极化),有极分子电介质(取向极化),9.9,静电场中的电介质,chsling,有外场时,电介质,的极化与,导体,的静电感应对比,讨论,介质上的极化电荷,导体上的感应电荷,少,多,内部一小体积可含净电荷,电荷只分布在表面,分离后撤去电场，呈电中性。,分离后撤去电场，一般都带电。,9.9,静电场中的电介质,chsling,外电场,E,0,极化,介质内电场,E,击穿。,+,-,+,-,三 电介质中的电场强度 极化电荷与自由电荷的关系,9.9,静电场中的电介质,chsling,（均匀各向同性介质）,+,-,+,-,电容率,四 电介质中的高斯定理,9.9,静电场中的电介质,chsling,电位移矢量,有介质,时的,高斯,定理,在静电场中，通过任意闭合曲面的,电位移通量,等于该闭合曲面所包围的,自由电荷量的代数和,。,1.此处电介质中的高斯定理仅适用于,均匀介质,；,2.,电位移概念是一个辅助矢量,，电场强度和电势仍是,描述电场性质的物理量。,3.,有介质时先求,9.9,静电场中的电介质,chsling,+,-,电介质对电容的影响 相对电容率,相对,电容率,电容率,+,-,9.9,静电场中的电介质,chsling,9.9,静电场中的电介质,chsling,思考,电容器充电后，保持与电源连接，把电容器浸入煤油中，问电容,C、E、U、Q,有何变化？若断开电源后上述各量如何变化？,答：保持与电源连接时：电压,U,不变，故,E,不变，,变大；,与电源断开后：,Q,不变，,C,同上变大，,U,、,E,均变小。,例1,把一块相对电容率 的电介质,放在极板间相距 的平行平板电容器的两极板之间.放入之前,两极板的电势差是 .,保持带电量不变，,试求两极板间电介质内的电场强度 ,极板和电介质的电荷面密度,电介质内的电位移 .,解,9.9,静电场中的电介质,chsling,+,-,例2,一平行平板电容器充满两层厚度各为 和 的电介质，它们的相对电容率分别为 和 ,极板面积为 .,求（1）,电容器的电容；,（2）,当极板上的自由电荷面密度的值为 时，两介质分界面上的极化电荷面密度.,-,+,+,-,解（1）,9.9,静电场中的电介质,chsling,+,-,+,-,+,-,（2）,9.9,静电场中的电介质,chsling,例3,常用的圆柱形电容器，是由半径为 的长直圆柱导体和同轴的半径为 的薄导体圆筒组成，并在直导体与导体圆筒之间充以相对电容率为 的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为 和 .,求（1）,电介质中的电场强度、电位移；,（）,电介质内、外表面的极化电荷面密度；,（）,此圆柱形电容器的电容,9.9,静电场中的电介质,chsling,解（1）,9.9,静电场中的电介质,chsling,（）,由上题可知,9.9,静电场中的电介质,chsling,真空圆柱形电容器电容,（）,由（）可知,单位长度电容,9.9,静电场中的电介质,chsling,电容器的应用：,储能、振荡、滤波、移相、旁路、耦合等。,电容器的分类：,形状：,平行板、柱形、球形电容器等,介质：,空气、陶瓷、涤纶、云母、电解电容器等,用途：,储能、振荡、滤波、移相、旁路、耦合电容器等。,关于电容器,2.5,厘米,高压电容器,(20kV 521,F,),(,提高功率因数,),聚丙烯电容器,(,单相电机起动和连续运转,),陶瓷电容器,(20000V1000pF),涤纶电容,(250V0.47,F),电解电容器,(160V470,F),12,厘米,70,厘米,+,-,一 电容器的电能,电容器贮存的电能,+,9.8,电场能量,chsling,二 静电场的能量 能量密度,物理意义,电场是一种物质，它具有能量.,电场空间所存储的能量,电场能量密度,9.8,电场能量,chsling,讨 论,1.无介质时的电场能量为：,电场能量密度：,2.用电场强度来表示的电场能量具有更普遍的意义，,电场具有能量，说明电场是一种物质。,9.8,电场能量,chsling,例1,如图所示,球形电容器的内、外半径分别为 和，所带电荷为 若在两球壳间充以电容率为,的电介质，问此电容器贮存的电场能量为多少？,解,9.8,电场能量,chsling,（球形电容器电容）,讨 论,（1）,（2）,（孤立导体球贮存的能量）,9.8,电场能量,chsling,解,例2,如图圆柱形电容器，中间是空气，空气的击穿场强是 ，电容器外半径 .在空气不被击穿的情况下，内半径 可使电容器存储能量最多.,（空气 ）,单位长度的电场能量,+,-,+,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,_,_,_,_,_,9.8,电场能量,chsling,+,-,+,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,_,_,_,_,_,9.8,电场能量,chsling,小结,1,.有介质,时的,高斯,定理,电位移矢量,电容率,电容器贮存的电能,电场能量密度,电场能量,2.,电场能量,作业：,9.21,关于有电介质存在时的高斯定理，下列说法中哪一个是正确的,?,A.,高斯面内不包围自由电荷，则面上各点电位移矢量为零；,B.,高斯面上电位移处处为零，则面内必不存在自由电荷；,C.,高斯面的电位移通量仅与面内自由电荷有关；,D.,以上说法都不正确,9.22,一个平行板电容器，充电后与电源断开，当用绝缘手柄将电容器两极板间距离拉大，则两极板间的电势差 、电场强度的大小 、电场能量 将发生如下变化：,A,减小，减小，减小；,B.,增大，增大，增大；,C.,增大，不变，增大；,D.,减小，不变，不变。,9.23,两个电容器的电容分别为,C,1,、,C,2,，串联后接在电源上，则它们所分得的电压之比,。,9.24,一空气平行板电容器，接电源充电后电容器中储存电能为,W,。在保持电源接通的情况下，在两极板间充满相对电容率为 的电介质，则该电容器中储存的能量为原来的,倍。,9.25,如图所示，一电容器由两个同轴圆筒组成，内筒半径为,a,，外筒半径为,b,，筒长都是,h,，中间充满相对介电常量为 的各向同性均匀电介质。内、外筒分别带有等量异号电荷,Q,。设,，忽略边缘效应，求：,(1),圆柱形电容器的电容；,(2),电容器贮存的能量。,
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