高二物理竞赛课件：静电场中的电介质.pptx

《高二物理竞赛课件：静电场中的电介质.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理竞赛课件：静电场中的电介质.pptx（18页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1,第七章 静止电荷的电场,7-8 静电场中的电介质,2,电容器 小结,电容：,平行板电容器电容：,并联：电压相同，电量分配与电容成正比,串联：电量相同，电压分配与电容成反比,3,第七章 静止电荷的电场,7.1 物质的电结构 库仑定律7.2 静电场 电场强度7.3 静电场的高斯定理7.4 静电场的环路定理 电势7.5 电场强度与电势梯度的关系7.6 静电场中的导体7.7 电容器的电容7.8 静电场中的电介质7.9 有电介质时的高斯定理 电位移7.10 静电场的能量,*电介质的电结构*电介质的极化 电极化强度 电极化强度与极化电荷的关系 介质中的静电场*铁电体 压电体 永电体,4,电介质,导体与

2、电场相互作用：电场可以改变导体上的电荷分布，产生感应电荷；反过来，导体上的电荷又改变着电场的分布。电介质：电阻率很大、导电能力很差的物质。主要特征：分子中的电子和原子核的结合力很强，电子处于约束状态。（理想的绝缘体：忽略电介质的微弱的导电性。）,实验：,相对介电常量（相对电容率）参考教材P298, 表7-2,电场强度减小到真空时的1/r。（Why?）,5,电介质极化的微观机制,电介质分为：无极分子、有极分子。(1) 无极分子的位移极化 (He、H2、CCl4)在没有外电场时，整个分子没有电矩(教材P256)。在外电场作用下，每一分子产生感生电矩： ；对于均匀电介质来说，其内部仍是电中性的；而两

3、端带电(极化电荷：不能离开电介质，也不能在电介质内部自由移动)。,(2) 有极分子的取向极化 (HCl、H2O)在没有外电场时，每一分子有固有电矩，矢量和=0。在外电场作用下，每一分子的电矩矢量和0；电介质两端出现束缚电荷。二者微观机制不同，但宏观总效果一样：中心为中性，表面有电荷.问题：任何电介质都存在电子位移极化效应？,思考题,导体的静电感应 与 电介质的极化现象 区别？导体：自由电荷，内部电场强度总为0； 电介质：束缚电荷，内部电场强度不为0.电介质极化后分为两块，然后撤除外电场，问：每块是否有净电荷？不会。,6,7,电极化强度矢量 P,电极化强度矢量：单位体积内电偶极矩矢量和。库仑/米

4、2 目的：定量地描述电介质内各处极化的情况。电极化强度与场强的关系 由实验，对各向同性电介质，当电介质中电场E不太强时，有:,：某个分子的电矩。,对非极性分子：,：分子数。,：电极化率(polarizability) (0)，决定于电介质性质。,8,电极化强度(P)与极化电荷分布的关系,电介质极化后产生的一切宏观效应就是通过这些电荷来体现的.,由电极化而越过dS面的总电荷：,考虑电介质体内面元 dS 处的极化。以位移极化为例，设负电“重心”不动。,在电场作用下，dV= l分dScos 内所有分子的正电荷“重心”将越过 dS 面。,若前述 dS 面元刚好取在电介质表面上，en 即电介质的外法线方

5、向，则：,:电介质表面外法线方向的单位矢量(方向：由电介质体内指向体外),极化电荷的面密度,9,例题 7-27,半径R 的介质球被均匀极化，极化强度为。求：1) 介质球表面极化电荷的分布； 2) 极化面电荷在球心处所激发的场强。,10,例题 7-27,解：2) 在球面上取环带,沿x轴负方向，和P反向。,在球心处的场强,dE,半径R 的介质球被均匀极化，极化强度为P。求：2) 极化面电荷在球心处所激发的场强。,11,练习,求：沿轴均匀极化的电介质圆棒上的极化电荷分布。 已知电极化强度为P。,n,P,n,12,电介质对电场的影响,演示实验：将平行板电容器两极板接在静电计和地线之间，然后充电；静电计

6、指针有一定的偏转：偏转角大小反映电容器电势差大小。撤掉充电电源后，将玻璃板插入电容器两极板之间；静电计指针偏转角减少：电容增大。(Why?)若用导体板代替玻璃板插入电容器中；电容增大效果更大。(Why?)初步结论：电介质引起电容增大的原因在于束缚电荷的极化。导体板引起电容增大的原因在于自由电荷的重新分布；,13,退极化场,退极化场极化电荷在介质内部的附加场总是起着减弱极化的作用。退极化场的大小与电介质的几何形状有着密切的关系。 例1：无限大平行板电容器间充有极化率为 的均匀电介质 例2：均匀外电场中放入一个均匀电介质球(教材P308图7-67),方向与0相反,14,电介质极化过程,在外电场0作

7、用下，电介质发生极化。极化强度和电介质的形状决定了极化电荷的面密度 ，而 决定退极化场。又影响电介质内的总电场=0+，最后，总场强又决定着极化强度。 可见：、 、这些量是彼此依赖、相互制约的。 由于电介质极化后会出现束缚电荷， 空间某点的电场应是由自由电荷与束缚电荷共同产生的。,15,铁电体、压电体、永电体,铁电体：在一定温度范围内，电介质的电容率不是常量，而是随场强而变化。且在撤去外电场后，电介质留有剩余的极化。,16,铁电体、压电体、永电体,压电体：某些离子型晶体的电介质(石英)，由于结晶点阵的规则分布，当发生机械变形时，产生电极化现象。利用压电晶体甚至可以测量管道中流体的压力、大炮炮筒在

8、发射炮弹时承受的压力以及炸弹爆炸时的瞬时压力等。压电晶体还广泛应用于声音的再现、记录和传送。安装在麦克风上的压电晶片会把声音的振动转变为电流的变化。声波一碰到压电薄片，就会使薄片两端电极上产生电荷，其大小和符号随着声音的变化而变化。安放在收音机喇叭上的压电晶体薄片的振动，又变成声音回荡在空中。,17,铁电体、压电体、永电体 (永磁铁),永电体：有一类电介质，在外界条件撤销后，仍能长期保留其极化状态，且其电极化状态不受外电场的影响。100多年以前，法拉第就确信有这种物质，不过当时没有找到。1919年，日本科学家制造出了第一块永电体，在博物馆里放了45年后，经测量，它带的电荷量只减少了约1/5。把熔化了的蜂蜡、树脂等不导电的物质放在电容器（两块金属板，中间用空气隔离开，就构成一个电容器）中，加上强电场（使电容器的两块金属板分别带上正负电荷，两极间就产生从正极到负极的电场），不导电的蜂蜡、树脂与电场垂直的两表面就分别带上了正负电荷。即使离开电场以后表面的电荷也会长期保持。,18,习题（P324）：7-41、7-43、7-46、7-48,作业,