静电场的能量(大学物理下)教学课件.ppt

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1、静电场的能量大学物理电子教案电荷之间具有相互作用能（电势能），当电荷间相对位置发生变化或系统电荷量发生变化时，静电能转化为其它形式的能量。1.点电荷间的相互作用能1.1两个点电荷假设q1、q2从相距无穷远移至相距为r。先把q1从无限远移至A点，因q2与A点相距仍然为无限，外力做功等于零。再把q2从无限远移至B点，外力要克服q1的电场力做功，其大小等于系统电势能的增量。U2是q1在B点产生的电势，V∞是q1在无限远处的电势。所以同理，先把q2从无限远移B点，再把q1移到点，外力做功为U1是q2在A点产生的电势。两种不同的迁移过

2、程，外力做功相等。外力做功等于系统的相互作用能W。可改写为两个点电荷组成的系统的相互作用能（电势能）等于每个电荷在另外的电荷所产生的电场中的电势能的代数和的一半。1.2三个点电荷依次把q1、q2、q3从无限远移至所在的位置。把q1移至A点，外力做功再把q2移至B点，外力做功最后把q3移至C点，外力做功三个点电荷组成的系统的相互作用能量（电势能）可改写为U1是q2和q3在q1所在处产生的电势，余类推。1.3多个点电荷推广至由n个点电荷组成的系统，其相互作用能（电势能）为Vi是除qi外的其它所有电荷在qi所在处产生的电势。2.电

3、荷连续分布时的静电能设想不断把电荷元dq从无穷远处迁移到物体上，系统的静电能为u是带电体上的所有电荷在电荷元dq处产生的电势。KRbaC3、电容器中的电场能量我们再来看一看电容器的充电过程。+－电容器的充电过程就是由电源不断地将正电荷从电容器的负极板搬运到正极板的过程。这一过程电源所消耗的能量就转化为电容器内所储存的电场能量。＋qu＋－合上开关向电容器充电到电势差为u、电量为q时，再将dq的电荷从负极板搬运到正极板即当电容器被充电到电量为Q、电势差为V时，所储存的能量为Q2/2C。dq这是计算电容器充电后所储存的电场能量的

4、基本公式。2、电场能量电场存在的空间体积电场能量体密度——电场中单位体积所储存的能量它描述了电场中能量分布状况电场存在的空间体积电场能量体密度——描述电场中能量分布状况例题、求平板电容器所储存的电场能量。如图所示，两块带等量异号电荷的金属板平行放置组合而成的平板电容器，求所储存的电场能量。SS例、一空气平板电容器的极板面积为S，间距为d，用电源充电后两极板带电量分别为＋Q和-Q，断开电源后，将两极板距离拉开为2d，求：（1）外力克服两极板相互吸引力所作的功。（2）两极板间的相互吸引力。FF例、一空气平板电容器的极板面积为S，

5、间距为d，用电源充电后两极板之间的电势差为U，保持与电源的连接，将两极板距离由d拉开为2d，求该平板电容器储存的电场能量的改变量。FF例题、一真空平行板电容器，充电后，断开电源，拉大两极板间的距离，则电容器的电容将，两极板间的电场强度将，两板间的电势差将，电容器的电量将，电容器储存的电场能量将；若充电后，保持与电源连接，拉大两极板间的距离，则电容器的电容将，两极板间的电场强度将，两板间的电势差将，电容器的电量将，

6、电容器所储存的电场能量将。（填“变大”、“变小”或者“不变”）例、一空气平板电容器的极板面积为S，间距为d，今将一厚度为t、面积也为S的铜板平行地插入电容器内。求：（1）计算此时电容器的电容；（2）用电源充电到电容器的带电量为Q时，断开电源，再将该铜板从电容器中抽出，外界需要做多少功。dt例、一空气平板电容器的极板面积为S，间距为d，用电源充电到电容器两极板之间的电势差为V时，保持与电源的连接，将一厚度为t、面积也为S的铜板平行地插入电容器内，求该电容器储存的电场能量的改变量。dt例、一平行板电容器的极板面积为S，间

7、距为d，其间充满了相对介电常数为r的均匀电介质，充电后，正负极板的带电量分别为Q，求：（1）此时电容器中的电场能量；（2）如果断开电源，再将该电介质板从电容器中抽出，外界需要做多少功。drSS例、一空气平行板电容器的极板面积为S，间距为d，充电后，正负极板之间的电势差为V，如果保持与电源的连接，再将一相对介电常数为r的均匀电介质板平行插入该电容器，求该电容器中储存的电场能量的改变量。drSS例：一真空平板电容器充电后切断电源，然后充入均匀电介质，则该电容器的电容将____，电量将_____，两板间的电势差将____

8、_，所储存的电场能量将变_____；如果充电后保持与电源连接，再充入均匀电介质，则电容器的电容将变_____，电量将_____，两板间的电势差将_____，所储存的电场能量将变_____。（填“变大”、“变小”或“不变”）例：计算球形电容器储存的能量，已知RA、RB、q，r。drLr