7-第3章2 静电场中的电介质
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第 三 章 静电场中的电介质 (6学时)一、目的要求1.掌握电介质极化机制,熟悉极化强度、极化率、介电常数等概念。
2.会求解极化强度和介质中的电场。
3.掌握有介质时的场方程。
4.理解电场能量、能量密度概念,会求电场的能量 。
二、教学内容与学时分配 1.电介质与偶极子( 1学时) 2.电介质的极化(1学时) 3.极化电荷( 1学时)4.有电介质时的高斯定理(1学时) 5.有介质的场方程(1学时) 6.电场的能量(1学时) 三、本章思路本章主要研究电介质在静电场中的特性,其基本思路是:电介质与偶极子→电介质的极化→电介质的极化规律 →有介质的静电场方程 →静电场的能量。
四、重点难点重点:有介质的静电场方程 难点:电介质的极化规律。
五、讲授要点§3.1 电介质与偶极子一、教学内容 1.电介质概述 2.电介质与偶极子3.偶极子在外电场中受到的力矩 4.偶极子激发的静电场 二、教学方式、 讲授三、讲课提纲 1.电介质概述电介质是绝缘材料,如橡胶、云母、玻璃、陶瓷等。
特点:分子中正负电荷结合紧密,处于束缚状态,几乎没有自由电荷。
当导体引入静电场中时,导体对静电场有很大的影响,因静电感应而出现的感应电荷产生的静电场在导体内部将原场处处抵消,其体内00='+=E E E ϖϖϖ,且表现出许多特性,如导体是等势体、表面是等分为面、电荷只能分布在表面等;如果将电介质引入电场中情况又如何呢?实验表明,电介质对电场也有影响,但不及导体的影响大。
它不能将介质内部的原场处处抵消,而只能削弱。
介质内的电场00≠'+=E E E ϖϖϖ。
2.电介质与偶极子 (1)电介质的电结构电介质原子的最外层电子不像金属导体外层电子那样自由,而是被束缚在原子分子上,处于事缚状态。
一般中性分子的正负电荷不止一个,且不集中于一点,但它们对远处一点的影响可以等效为一个点电荷的影响,这个等效点电荷的位置叫做电荷“重心”。
第三章 练习题一、选择题1、[ C ]关于D r的高斯定理,下列说法中哪一个是正确的?(A) 高斯面内不包围自由电荷,则面上各点电位移矢量D r为零.(B) 高斯面上D r 处处为零,则面内必不存在自由电荷. (C) 高斯面的D r通量仅与面内自由电荷有关.(D) 以上说法都不正确.2、[ D ]静电场中,关系式 0D E P ε=+r r r(A) 只适用于各向同性线性电介质. (B) 只适用于均匀电介质. (C) 适用于线性电介质. (D) 适用于任何电介质.3、[ B ]一导体球外充满相对介电常量为r ε的均匀电介质,若测得导体表面附近场强为E ,则导体球面上的自由电荷面密度0σ为:(A)0E ε. (B) E ε. (C) r E ε . (D) 0()E εε- .4、[ A ]一平行板电容器中充满相对介电常量为r ε的各向同性的线性电介质.已知介质表面极化电荷面密度为σ'±,则极化电荷在电容器中产生的电场强度的大小为:(A)0σε'. (B) 0r σεε'. (C) 02σε'. (D) rσε'. 5、[ B ]一平行板电容器始终与端电压一定的电源相联.当电容器两极板间为真空时,电场强度为0E r ,电位移为0D r,而当两极板间充满相对介电常量为r ε的各向同性的线性电介质时,电场强度为E r ,电位移为D r,则(A) 00,r E E D D ε==r rr r . (B) 00,r E E D D ε==r r r r.(C) 00,r r E E D D εε==r r r r . (D) 00,E E D D ==r r r r.6、 [ C ]一空气平行板电容器,两极板间距为d ,充电后板间电压为U 。
然后将电源断开,在两板间平行地插入一厚度为d/3的与极板等面积的金属板,则板间电压变为(A )3U . (B)13U . (C) 23U . (D U .7、[ B ]一空气平行板电容器充电后与电源断开,然后在两极板间充满某种各向同性、均匀电介质,则电场强度的大小E 、电容C 、电压U 、电场能量W 四个量各自与充入介质前相比较,增大(↑)或减小(↓)的情形为(A) E ↑,C ↑,U ↑,W ↑. (B) E ↓,C ↑,U ↓,W ↓. (C) E ↓,C ↑,U ↑,W ↓. (D) E ↑,C ↓,U ↓,W ↑.8、[ B ]真空中有“孤立的”均匀带电球体和一“孤立的”的均匀带电球面,如果它们的半径和所带的电荷都相等.则它们的静电能之间的关系是 (A) 球体的静电能等于球面的静电能. (B) 球体的静电能大于球面的静电能. (C) 球体的静电能小于球面的静电能.(D) 球体内的静电能大于球面内的静电能,球体外的静电能小于球面外的静电能. 9、[ B ]如图所示, 一球形导体,带有电荷q ,置于一任意形状的空腔导体中.当用导线将两者连接后,则与未连接前相比系统静电场能量将(A) 增大. (B) 减小. (C) 不变. (D) 如何变化无法确定.10、[ D ]图示为一均匀极化的各向同性电介质圆柱体,已知电极化强度为P ϖ,圆柱体表面上束缚电荷面密度0σ'=的地点是图中的(A) a 点. (B) b 点. (C) c 点. (D) d 点.二、填空题1、分子的正负电荷中心重合的电介质叫做无极分子电介质,在外电场作用下,分子的正负电荷中心发生相对位移,电介质的这种极化形式叫:____ __极化。