[初三理化生]2011年陕西中考数学.ppt

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,*,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,*,第五章,静电场中的电介质,5.1,电介质对电场的影响,(a),(b),(a):,(b):,相对介电常数,(a):,(b):,电场变小,没有自由移动的电荷,，即电荷被束缚不能自由移动束缚电荷。,电介质：,对真空，,真空,5.2,电介质的极化,+,构成电介质的原子或分子中的电子和原子核,之间的结合力很强，使电子处于一种,束缚状态,一,.,电介质,有极分子和无极分子,从分子带电荷的角度可以分成两部分：,一部分带正电荷；一部分带负电荷。,如,HCl,分子，由带正电荷,H,带负电的,Cl,组成,根据分子电结构特点电介质分子分为,一般地把构成电介质的最小单元统称为分子,如果分子正电荷中心和负电荷中心重合，,分子对外显电中性，这样的分子叫,无极分子,如果分子正电荷中心和负电荷中心不重合，,分子对外显电性，这样的分子叫,有极分子,+-,+-,设有极分子正电荷中心和负电荷中心之间的距离为,l,，,分子中全部正电荷或负电荷的电量为,q,，,有极分子,电荷系统可以等效为一个电偶极子，,则等效的电偶极子的电偶极矩为,q,-q,l,无外电场时：,有极分子,无极分子电介质不显电性,对于有极分子电介质，电介质由大量有极分子组成，,由于热运动使得有极分子的电偶极矩的取向,是杂乱无章的，这样宏观上物质仍就不显电性,当电介质处于外电场时，会发生什么呢？,无极分子,无极分子电介质极化,位移极化,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,无外场时,有外电场时,(,匀强电场,为例）,形成一个电偶极子，每个分子对应一个电偶极子。,沿电场方向，相邻两电偶极子的正、负电荷,靠的很近，对于均匀各向同性电介质，结果,使电介质内部仍然是电中性的。,但在电介质垂直电场方向的两侧面上，,将分别出现正电荷和负电荷。,二,.,电介质的极化,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,有外电场时,（,匀强电场,为例）,电介质垂直电场方向的两侧面上，,将分别出现正电荷和负电荷，,这些电荷既不能离开电介质又不能自由移动，,称作,“,束缚电荷,”，或“,极化电荷,”,称作,电介质极化,由于无极分子电介质的极化起源于,分子正负电荷中心发生相对位移,称作,位移极化,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,有外电场时,（,匀强电场,为例）,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,外电场越强，,每个分子的正负电荷中心之间相对位移越大，,分子的电偶极矩越强。,电介质表面上出现的极化电荷就越多。,电介质等效为一大的电偶极子,有极分子电介质极化,取向极化,对于有极分子电介质来说，正负电荷中心不重合,每个分子等效为一个电偶极子，,-+,-+,有外电场时,（,匀强电场,为例）,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,由于分子的无规则热运动和分子间相互碰撞，,每个电偶极矩排列的取向不可能与电场方向一致，,只是有较多的分子的电偶极矩不同程度地接近于 外电场的方向,外电场越强，取向一致的程度越高。,无外场时,有外电场时,（,匀强电场,为例）,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,稳定以后，电介质内仍然是电中性的，,而在电介质垂直电场方向的两侧面上出现正的和负的,极化电荷，,电介质仍然等效为一大的电偶极子,这种极化是分子等效电偶极子的电偶极矩转向外电场方向产生的,叫做,取向极化,两种极化方式的宏观效果是相同的：,极化的微观机理,无极分子,位移极化,内部无净余电荷的区域，仍为电中性的。,因此，下面从宏观上描述电介质的极化现象时，就不分为两类电介质来讨论了。,有极分子,在电介质两个相对表面上出现了异号的,极化电荷,在电介质内有沿电场方向的等效电偶极矩,有极分子,取向极化,宏观上足够小,三,.,极化强度,及其与极化电荷、场强的关系,在电介质内任取一宏观足够小、微观足够大的体积元,微观上足够大,包含大量的分子，可以求统计平均值,可以反应电介质任意点的性质,当没有外电场时，这体积元中所有分子的,电偶极矩的矢量和 等于零，,第,i,个分子的电偶极矩,外电场越强，分子的电偶极矩越强。,电介质表面上出现的极化电荷就越多。,极化强度,极化强度,描述极化强弱的物理量,定义：,因此可以定义一个物理量来描述电介质的极化程度,当存在外电场时，由于电介质的极化，,将不等于零，,外电场愈强，被极化的程度愈大，,的值也愈大,记作,单位体积内，分子电偶极矩的矢量和,真空中,极化强度 与极化电荷的关系,均匀电介质极化时，其表面有极化电荷出现，,极化程度愈高，极化电荷愈多。,可证明：,介质,介质表面,极化面电荷密度：,则 （极化电荷为正）,若 指向介质外，,则 （极化电荷为负）,若 指向介质内，,介质的极化强度,介质表面外法向,的单位矢量,极化强度 与场强的关系,电介质极化过程要在介质表面产生,极化电荷,，极化电荷也要在空间激发电场。,把激发外电场的电荷称作,自由电荷,，,并用 表示自由电荷激发的电场的场强,用 表示极化电荷激发的电场的场强,空间任一点的合场强 应是上述两类场强的矢量和,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,-+,由于在电介质中，自由电荷的电场与极化电荷的电场的方向总是相反的，,所以在电介质中的合场强和外场强相比就削弱了。,-+,-+,-+,-+,-+,极化强度 与场强的关系,介质的电极化率,无量纲的纯数,实验证明：,对于,各向同性线性电介质,介质内任一点的电极化强度矢量,和电介质内该点处的合场强成正比,极化强度 与场强的关系,求,:,板内的场（忽略边缘效应）,解,:,均匀极化 表面出现束缚电荷,内部的场由自由电荷和束缚电荷,共同产生,例,平行板电容器 自由电荷面密度为,充满相对介电常数为 的均匀各向同性线性电介质,联立,一,.,电位移矢量,单位,C/m,2,各向同性线性介质,介质方程,53,电位移矢量,D,的高斯定理,在有电介质的电场中引入一个辅助物理量,电位移矢量,记作,电介质,的介电常量（电容率）,说明：,电位移矢量,D,是一个辅助量，它既包含,场强,E,又包含极化强度,P,，它是一个综合反映,电场和介质极化两种性质的物理量。,真空中,对应电位移矢量,D,所画的场线称为,D,线,二,.,电位移通量,自由电荷,三,.,有电介质时的高斯定理,的高斯定理,在有电介质的静电场内，,穿过任一闭合曲面的电位移通量等于 这 闭合曲面所包围,自由电荷,电量的代数和,内容：,公式：,证明（,略,）,在有电介质的电场中,说明：,穿过闭合曲面的电位移通量只决定于闭合曲面所包围的,自由电荷,线发出于正的,自由电荷,，终止,于负的,自由电荷,；在无,自由电荷,的地方 线不中断,同样适用于真空中的静电场，此时,在有电介质的电场中，如果,自由电荷,的分布具有某种对称性，,可根据 的高斯定理求出,考虑距离球心为,r,处的电场。,取球形高斯面,例,计算处于均匀介质中的均匀带电球面周围的电场分布，以及球面的极化电荷面密度,。已知：球面的半径为,R,，带电量为,q,，,球内为真空，球外,介质的介电常数（电容率）为,。,解：,r,该问题具有球对称性。,由电位移的高斯定理得：,q,极化面电荷密度：,与,q,反号,极化电荷电量：,q,例,，内部均匀分布体电荷密度为,求：介质板内、外的,解：,相对介电常数为,取坐标系如图,以 处的面为对称面,过场点作正柱形高斯面,底面积设,的自由电荷,一无限大各向同性均匀介质平板厚度为,平板,高为,.,P,.,P,均匀场,.,P,作业：,P150 5.2 5.3 5.4,习题：,1.,电容器,:,电容定义：,物理意义：,反映电容器容纳电荷本领大小的物理量,5.4,电容器和它的电容,单位,:,法拉,(F),如同容器装水：,求电容器电容的方法,设极板带电荷,Q,求极板间,E=D/,求极板间,U,2.,三种常见的电容器,一对靠的很近的平行平面导体板。,平行板电容器的电容,C,已知平行金属板的面积为,S,，间距为,d,，充满介电,常数为,的电介质。,两极间任意点的电场：,两极间的电位差：,C,与,q,无关，只与结构,(,S d),有关。,1,）平行板电容器,设,:,极板上带电荷,q,。,2,）圆柱型电容器的电容,C,（极板间电介质的电容率,）,解,(1),假定电容器带电量为,Q,(2),计算电容器两个极板间的电势差,忽略边缘效应，柱型介质中，距中心轴为,r,处的电位移为（由电位移的高斯定理可得）：,电容值,R,2,R,1,Q,-Q,l,3),球形电容器的电容,假定电容器带电,+,Q,，,-,Q,；,极板间电场是球对称的：,方向：沿半径向外,两个半径,R,A,R,B,同心金属球壳组成,中间充满电介质,.,R,A,R,B,+,Q,Q,极板间电位差：,球形电容器的电容,球形电容器的电容,孤立导体的电容,孤立导体和无限远处的另一导体组成一个,电容器。,半径为,R,的孤立导体球 与另一同心的半径为,无限大的导体球组成一个电容器。,(2),在电路中，一个电容器的电容量或耐压能力不够时，,可采用多个电容连接：,C,的大小,耐压能力,常用电容：,100,F25V,、,470pF60V,(1),衡量一个实际的电容器的性能主要指标,3.,电容器的串、并联,并联电容,并联,电容器串联：,耐压强度提高,电容减小,每个电容器的带电荷量相等,当把电介质板插入时，,C,1,电容如何,变化？总电容如何变化？,若是并联，结果又如何？,5.5,电容器的能量,1.,电容器的能量,K,.,.,.,C,R,电容器带电时具有能量，实验如下：,将,K,倒向,a,端,电容充电,再将,K,到向,b,端,灯泡发出一次强的闪光,!,能量从哪里来？,电容放电,当电容器带有电量,Q,、相应的,电压为,U,时，所具有的能量,W,=,？,利用放电时电场力作功来计算：,放电到某,t,时刻，极板还剩电荷,q,，极板的电位差：,将,(,dq,),的正电荷从,正极板,负极板,，,电场力作功,为,：,即电容器带有电量,Q,时具有的能量：,可见：,C,也标志,电容器储能的本领。,K,.,.,.,C,R,这些能量存在何处,？,2.,电场的能量,以平行板电容器为例：,(1),电场能量密度,单位体积内所储存电场能量：,(2),电场能量,任何带电系统的电场中所储存的总能量为：,V,电场占据的整个空间体积,-,对任意电场成立,例 一球形电容器，内外半径分别为,R,1,和,R,2,，两球间,充满相对介电常数为,r,的 电介质，求此电容器带有,电量,Q,时所储存的电能。,R,1,R,2,+,Q,Q,例,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。,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,。,而：,问：外界（指非静电力）需作多少功？,可以看作两个电容器,C,1,、,C,2,串联。,外界作功：,抽出铜板后，,电容变为：,作业：,P150 5.10 5.16 5.17,5.18 5.22 5.23,习题：,第五章,静电场中的电介质,主要内容,一、概念,1,、,极化强度矢量,2.,极化电荷,3.,电位移矢量,4.,电容,1,）平行板电容器,2,）圆柱型电容器的电容,3),球形电容器的电容,4).,电容器的串联,5.,电容器带有电量,Q,时具有的能量：,6,电场能量,并联,二、定理,有电介质时的高斯定理,习题主要类型,类型一、,利用,有电介质时的高斯定理计算电场的分布、极化强度、极化电荷,第五章,静电场中的电介质,有电介质时的高斯定理与真空中高斯定理的比较,极化电荷,自由电荷,1,、真空中高斯定理,2,、有电介质时高斯定理,共同点,：,(1),式适用真空,(1),(2),(2),式真空与介质中都可用,真空中,(1),式与,(2),式中,q,0,自由电荷,不同点,：,在有电介质的电场中,q,0,q,i,(1),式与,(2),式相同,类型二、,计算电容,类型三、,计算能量,平行板电容器,真空：,真空：,一、电流强度,二、电流密度,电流密度与电流强度的关系,电流强度与电荷运动的关系,三、欧姆定律的微分形式,电流稳恒条件,四、电动势：,第六章,稳恒电流,第五章,静电场中的电介质,5.1,电介质对电场的影响,(a),(b),(a):,(b):,相对介电常数,(a):,(b):,电场变小,没有自由移动的电荷,，即电荷被束缚不能自由移动束缚电荷。,电介质：,对真空，,真空,1,、字体安装与设置,如果您对PPT模板中的字体风格不满意，可进行批量替换，一次性更改各页面字体。,在,“,开始”,选,项卡,中,，点击“,替,换”按,钮右,侧箭,头,，,选,择“,替,换,字,体,”。（如下,图）,在图“替换”下拉列表中选择要更改字体。（如下图）,在“替换为”下拉列表中选择替换字体。,点击“替换”按钮，完成。,56,2,、替换模板中的图片,模板中的图片展示页面，您可以根据需要替换这些图片，下面介绍两种替换方法。,方法一：更改图片,选中模版中的图,片,（,有些图片与其他,对象,进行了组合，,选,择,时,一定要选中图,片 本身，而不是组合）。,单击鼠标右键，选择“更改图片”，选择要替换的图片。（如下图）,注意：,为防止替换图片发生变形，请使用与原图长宽比例相同的图片。,56,赠送精美图标,