例题91两个半径分别为R和r的球形导体(Rr)用一根(精)课件.pptVIP

例题91两个半径分别为R和r的球形导体(Rr)用一根(精)课件.ppt

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例题9-1两个半径分别为R和r的球形导体(Rr),用一根很长的细导线连接起来(如图),使这个导体组带电,电势为V,求两球表面电荷面密度与曲率的关系。Q解两个导体所组成的整体可看成是一个孤立导体系,在静电平衡时有一定的电势值。设这两个球相距很远,使每个球面上的电荷分布在另一球所激发的电场可忽略不计。细线的作用是使两球保持等电势。因此,每个球又可近似的看作为孤立导体,在两球表面上的电荷分布各自都是均匀的。设大球所带电荷量为Q,小球所带电荷量为q,则两球的电势为

得可见大球所带电量Q比小球所带电量q多。因为两球的电荷密度分别为可见电荷面密度和半径成反比,即曲率半径愈小(或曲率愈大),电荷面密度愈大。所以

例题9.2在内外半径分别为R和R的导体球壳内,有一个半12径为r的导体小球,小球与球壳同心,让小球与球壳分别带上电荷量q和Q。试求:(1)小球的电势V,球壳内、外表面的电势;r(2)小球与球壳的电势差;(3)若球壳接地,再求小球与球壳的电势差;解(1)由对称性可以肯定,小球表面上和球壳内外表面上的电荷分布是均匀的。小球上的电荷q将在球壳的内外表面上感应出-q和+q的电荷,而Q只能分布在球壳的外表面上,故球壳外表面上的总电荷量为q+Q。小球和球壳内外表面的电势分别为

球壳内外表面的电势相等。(2)两球的电势差为(3)若外球壳接地,则球壳外表面上的电荷消失。两球的电势分别为

两球的电势差仍为由结果可以看出,不管外球壳接地与否,两球的电势差恒保持不变。当q为正值时,小球的电势高于球壳;当q为负值时,小球的电势低于球壳,与小球在壳内的位置无关,如果两球用导线相连或小球与球壳相接触,则不论q是正是负,也不管球壳是否带电,电荷q总是全部迁移到球壳的外边面上,直到V-V=0为止。rR

例题9-3三个电容器按图连接,其电容分别为C、C和C。123求当电键K打开时,C将充电到U,然后断开电源,并闭10合电键K。求各电容器上的电势差。U0K+q0-q0C1C2C3解已知在K闭合前,C极板上所带电荷量为q=CU,C10102和C极板上的电荷量为零。K闭合后,C放电并对C、C充3123电,整个电路可看作为C、C串联再与C并联。设稳定时,231C极板上的电荷量为q,C和C极板上的电荷量为q,因而1有1232

解两式得因此,得C、C和C上的电势差分别为123

9.4半径R的介质球被均匀极化,极化强度为P。求:1)介质球表面的分布;2)极化电荷在球心处的场。解:1)球面上任一点由此可知,右半球面上左半球面上2)在球面上取环带

在球心处的场E?沿x轴负方向,和反向。

例题9.5一半径为R的金属球,带有电荷q,浸埋在均匀“无限0大”电介质(电容率为ε),求球外任一点p的场强及极化电荷分布。解:根据金属球是等势体,而且介质又以球体球心为中心对称分布,P?可知此时的电场分布必仍具球对称性,所以用有电介质时的高斯定理来计算球外P点的场强是很方便的。rRQ0S如图所示,过P点作一半径为r并与金属球同心的闭合球面S,由高斯定理知

所以写成矢量式为因所以,离球心r处P点的场强为

结果表明:带电金属球周围充满均匀无限大电介质后,其场强减弱到真空时的1/ε倍,可求出电极化强度为r电极化强度与有关,是非均匀极化。在电介质内部极化电荷体密度等于零,极化面电荷分布在与金属交界处的电介质变面上(另一电介质表面在无限远处),其电荷面密度为σ’于是得

因为ε1,上式说明σ恒与q反号,在交界面处只有电荷’r和极化电荷的总电荷量为0总电荷量减小到自由电荷量的1/ε倍,这是离球心r处P点r的场强减小到真空时的1/ε倍的原因。r

+?例题9-6平行板电容器两板极的面积为S,如图所示,S1两板极之间充有两层电介质,电容率分别为ε和ε,?1?212S2厚度分别为d和d,电容12器两板极上自由电荷面密度为±σ。求(1)在各层电介质的电位移和场强,(2)E1E2DD12电容器的电容ABd1d2解(1)设这两层电介质中的场强分别为E和E,电位12移分别为D和D,E和E都与板极面垂直,而且都属均1212匀场。先在两层电介质交界面处作一高斯闭合面S,如图1中中间的虚线所示,在此高斯面内的自由电荷为零。由电介质时的高斯定理得

所以即在两电介质内,电位移和的量值相等。由于所以可见在这两层电介质中场强并不相等,而是和电容率(或相对电容率)成反比。

为了求出电介质中电位移和场强的大小,我们可另作一个高斯闭合面S,如图中左边虚线所示,这一闭合面内的自由电2荷等于正极板上的电荷,按有电介质时的高斯定理,得再利用可求得、和、的方向都是由左指向右。

(2)正、负两极

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