物理学06静电市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

7/13/202417/13/2024作者：赵龙作者：赵龙14.3 14.3 电容、电场能量电容、电场能量14.3.1 电电 容容半径半径 R 球形导体带电球形导体带电 Q，选择，选择则：导体电势则：导体电势定义：百分比系定义：百分比系数数C-称为导体电容。称为导体电容。C 反应导体本身性质，与导体反应导体本身性质，与导体几何尺寸及形状相关，与导体是否带电无关。几何尺寸及形状相关，与导体是否带电无关。1第1页7/13/202427/13/2024作者：赵龙作者：赵龙国际单位制：法拉国际单位制：法拉由由 知，当知，当 时时比较地球半径比较地球半径电容惯用单位电容惯用单位 这种附近没有其它带电体情况，称这种附近没有其它带电体情况，称孤立导体孤立导体，选，选 当孤立导体附近存在其它导体时，电场和电势当孤立导体附近存在其它导体时，电场和电势都要发生改变，因而孤立导体电容也要发生改变。都要发生改变，因而孤立导体电容也要发生改变。物理意义：导体电势为物理意义：导体电势为 1 伏特时，导体所带电量。伏特时，导体所带电量。2第2页7/13/202437/13/2024作者：赵龙作者：赵龙最简单电容器最简单电容器-平行板电容器平行板电容器14.3.2 电容器电容器 为消除其它导体对电场影响，通常依据静电屏蔽原理，为消除其它导体对电场影响，通常依据静电屏蔽原理，设计一个导体组合设计一个导体组合-电容器电容器3第3页7/13/202447/13/2024作者：赵龙作者：赵龙取取若若定义：定义：电容电容则有则有平行板电容器电容物理意义：平行板电容器电容物理意义：两极板电势差为两极板电势差为1 伏特时，某一极伏特时，某一极板带电荷绝对值。板带电荷绝对值。平行板电容器电容平行板电容器电容 C 与与Q、U 无关，无关，只与电容器本身材料及结构相关。只与电容器本身材料及结构相关。4第4页7/13/202457/13/2024作者：赵龙作者：赵龙1、圆柱型电容器、圆柱型电容器14.3.3 经典电容器经典电容器两同轴圆筒之间充满电介两同轴圆筒之间充满电介质质内筒带电内筒带电+Q 外筒带外筒带电电 Q，假设假设忽略两端边缘效应，高斯面如图忽略两端边缘效应，高斯面如图5第5页7/13/202467/13/2024作者：赵龙作者：赵龙6第6页7/13/202477/13/2024作者：赵龙作者：赵龙2、球形电容器、球形电容器内球内球 ，外球，外球 电介质电介质7第7页7/13/202487/13/2024作者：赵龙作者：赵龙14.3.4 电容器连接电容器连接由公式由公式工程技术上需要增大工程技术上需要增大 Q方法方法(1)、增加、增加电容击穿，介质击穿电容击穿，介质击穿 方法方法(2)、增加、增加 C 由平行板电容器由平行板电容器体积大体积大耐低压耐低压 材料贵材料贵电容器耐压和容量不能同时满足。工程采取多个电电容器耐压和容量不能同时满足。工程采取多个电容器联接方式来满足不一样需求。容器联接方式来满足不一样需求。8第8页7/13/202497/13/2024作者：赵龙作者：赵龙1、电容器串联、电容器串联 C 点网络电荷守恒点网络电荷守恒9第9页7/13/2024107/13/2024作者：赵龙作者：赵龙n个电容串联时个电容串联时 得得当当 时时10第10页7/13/2024117/13/2024作者：赵龙作者：赵龙n个电容器并联时个电容器并联时2、电容器并联、电容器并联等效电容等效电容11第11页7/13/2024127/13/2024作者：赵龙作者：赵龙14.3.5 带电系统能量带电系统能量金属球壳带电体带电量金属球壳带电体带电量 Q，选取电势，选取电势 0点点建立过程：将建立过程：将 dq 从无穷远不停地搬运至从无穷远不停地搬运至 Q 过程过程在此过程中，外力做功在此过程中，外力做功带电量为带电量为 Q 时，外力做功为时，外力做功为带电系统能量带电系统能量=外力移动电荷做功外力移动电荷做功 因静电力是保守力，带电体电量建立过程，也是其因静电力是保守力，带电体电量建立过程，也是其系统能量建立过程。系统能量建立过程。12第12页7/13/2024137/13/2024作者：赵龙作者：赵龙球形导体，半径球形导体，半径R，带电带电 Q任意时刻带电任意时刻带电 q13第13页7/13/2024147/13/2024作者：赵龙作者：赵龙14.3.6 电容器能量电容器能量以平行板电容器为例说明：以平行板电容器为例说明：AB 两板分别带两板分别带+Q -Q建立过程建立过程-外力移动外力移动 dq 由由 B 板至板至 A 板，某一时刻，板，某一时刻，A 板带电板带电 q，B 板带电板带电-q外力做功外力做功全过程全过程由功效原理由功效原理即电容即电容 C 带电带电 Q 时，含有能量时，含有能量14第14页7/13/2024157/13/2024作者：赵龙作者：赵龙 带电体带电过程，也是其周围电场建立过程。带电带电体带电过程，也是其周围电场建立过程。带电系统能量是以电场形式存在，即电场含有能量。系统能量是以电场形式存在，即电场含有能量。8.6.7 电场能量电场能量15第15页7/13/2024167/13/2024作者：赵龙作者：赵龙能够证实，该公式是普适公式能够证实，该公式是普适公式任意电场总能量任意电场总能量由平行板电容器结果由平行板电容器结果能量均匀分布在电容器内部能量均匀分布在电容器内部定义：电场能量密度定义：电场能量密度-单位体积内电场能量单位体积内电场能量16第16页7/13/2024177/13/2024作者：赵龙作者：赵龙例题例题-1 已知半径已知半径R 金属球带电金属球带电Q，求金属球电场能量，求金属球电场能量解：解：电场能量与做功相同电场能量与做功相同17第17页7/13/2024187/13/2024作者：赵龙作者：赵龙例题例题-2球形电容器球形电容器RA RB，两球之间电介质，两球之间电介质 带电如图，带电如图，求：电场能量求：电场能量?解：依据电介质中高斯定律解：依据电介质中高斯定律18第18页7/13/2024197/13/2024作者：赵龙作者：赵龙依据电场能量求电容，是求电容另一个方法。依据电场能量求电容，是求电容另一个方法。比较比较可得可得与前结果相同与前结果相同19第19页7/13/2024207/13/2024作者：赵龙作者：赵龙解：由功效原理解：由功效原理例题例题-3平行板电容器，极板面积平行板电容器，极板面积 S，间距，间距 d，充电，充电 Q 后，后，将两板距离拉开至将两板距离拉开至 2d(1)、求：外力所做功、求：外力所做功20第20页7/13/2024217/13/2024作者：赵龙作者：赵龙B 极板带电极板带电-Q(2)、求：两极板之间相互吸引力、求：两极板之间相互吸引力解法解法(1)两板拉开过程中，两板拉开过程中，E 不变，不变，F 不变不变解法解法(2)A 极板单独存在时产生电场极板单独存在时产生电场21第21页7/13/2024227/13/2024作者：赵龙作者：赵龙1、导体电容、导体电容 2、电容器电容、电容器电容(1)、平行板电容器电、平行板电容器电容容(2)、串联电容器、串联电容器(3)、并联电容器、并联电容器小小 结结22第22页7/13/2024237/13/2024作者：赵龙作者：赵龙3、电场能量、电场能量 (2)、总能量、总能量(1)、能量密度、能量密度要要 求求1、了解电容定义，掌握简单电容器电容计算方法；、了解电容定义，掌握简单电容器电容计算方法；2、了解电容器能量公式，并能计算电容器能量；、了解电容器能量公式，并能计算电容器能量；3、了解电场能量密度概念，并能计算电场能量。、了解电场能量密度概念，并能计算电场能量。23第23页