1、9-4 9-5 9-6 靜電場中的電介質(zhì),為了突出電介質(zhì)與導(dǎo)體的不同，通常將電介質(zhì)看作理想的絕緣體，即無可自由移動的電荷。,一 電介質(zhì)對電場的影響 實驗現(xiàn)象:,二、電介質(zhì)的極化,1、電介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu),1)分子中等效正、負電荷的“中心”,一個中性分子所帶正電荷與負電荷的量值總是相等的。,電介質(zhì)原子中的電子被原子核束縛的很緊，不能自由移動。 介質(zhì)內(nèi)部沒有可以自由移動的電荷。,負電荷中心,正電荷中心,等效的正、負點電荷所在的位置稱為等效正、負電荷的 “中心” 。,2) 電介質(zhì)的分類, 有極分子：正電荷中心同負電荷中心不重合的分子，如 HCl、H2O、CO、SO2、NH3. 。,無極分子：正電荷中心同

2、負電荷中心重合的分子，如所有的惰性氣體、CH4等。,無電場時：,1) 位移極化（無極分子）,有電場時：,2、電介質(zhì)的極化,無電場時：,有電場時：,2）取向極化（有極分子）,在兩個與外場垂直的端面上將出現(xiàn)極化電荷但這種電荷不能脫離分子，又不能在介質(zhì)中自由移動，故又謂之束縛電荷；,自由電荷,極化電荷,均勻極化,三、電介質(zhì)的極化規(guī)律,介質(zhì)中的總場,四、有電介質(zhì)時的高斯定理,+ + + + + +,- - - - - -,+ + + + + + + + + + +,- - - - - - - - - - -,通過閉合曲面的電位移通量，等于閉合曲面內(nèi)自由電荷的代數(shù)和。,利用介質(zhì)中高斯定理可以求介質(zhì)中的場

3、強，其步驟與應(yīng)用真空中的高斯定理求真空中的場強類似。,1）首先分析場源的對稱性（常見的是中心、面、軸對稱性）,2）選取一個合適的高斯面,3）然后由介質(zhì)中高斯定理 求 D， 再根據(jù)D=0rE 求E,例：半徑為R的均勻帶電球面，帶有電荷Q，放在一無限大均勻電介質(zhì)中，相對介電常數(shù)為r，求：空間場強分布,分析：由題設(shè)知場的分布具有球?qū)ΨQ性。作半徑為r的與導(dǎo)體同心的球面為高斯面，由高斯定理有,解（1）,（2）,導(dǎo)體與電介質(zhì)的比較：,2 電荷的分布,3 內(nèi)部場強,一、點電荷系的靜電能,10-8 靜電場的能量,1. 兩個點電荷,靜電能為該電場建立過程中，外力克服電場力所作的功。,對稱形式：,2. 三個點電荷

4、,依次把q1 、q2、 q3從無限遠移至所在的位置。,把q1 移至A點，外力做功,再把q2 移至B點，外力做功,最后把q3 移至C點，外力做功,三個點電荷組成的系統(tǒng)的相互作用能量（電勢能）,可改寫為,V1是q2和q3在q1 所在處產(chǎn)生的電勢，余類推。,3. 多個點電荷,推廣至由n個點電荷組成的系統(tǒng)，其相互作用能（電勢能）為,Vi是除qi外的其它所有電荷在qi 所在處產(chǎn)生的電勢。,二、連續(xù)帶電體的靜電能,三、靜電場的能量,1. 電容器的電能,至t時刻，電容器已帶電q，此時若再移動dq，外力作功為,最后，使電容器帶電Q ，則外力作功共為,電容器儲能,該公式可推廣至一般電容器。,2、靜電場的能量,電

5、場能量密度,任一帶電體系的總能量,是場強不為零的空間。,例1 求均勻帶電球面電場的能量 （ R，Q ）。,例2 如圖所示,球形電容器的內(nèi)、外半徑分別為 和 ，所帶電荷為 若在兩球殼間充以電容率為 的電介質(zhì)，問此電容器貯存的電場能量為多少？,解,（球形電容器電容）,（1）,（2）,（孤立導(dǎo)體球貯存的能量）,例題9-10一平行板空氣電容器的板極面積為S，間距為d，用電源充電后兩極板上帶電分別為 Q。斷開電源后再把兩極板的距離拉開到2d。求（1）外力克服兩極板相互吸引力所作的功；（2）兩極板之間的相互吸引力。（空氣的電容率取為0）。,板極上帶電 Q時所儲的電能為,解 （1 ）兩極板的間距為d和2d時，平行板電容器的電容分