2-静电场中的导体与介质11-

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第二章 静电场中的导体和电介质
一、选择题: 1.D2.B3. B4.AE5.C6.B7.B8.D9.B 二、填空题 1.导体表面; 导体表面的法线; 0 2. Qd20SQd0S

3. 0 Q4r22 0 Q4r42

0Q4r202Q40r2r3Q4r204 UQ40(1R01R11rR11rR21R2

总量为q1+q2,均匀分布; 0 0
q(q1q240r2

5. q60q6 6. E D 7. 40R
Q
280R2.29104J/m3

8. 提高耐压;增大电容。 9. 25.3pF/m300

10. 0(ab0rb
0rSr(abb
220S(abbr
三、问答题
机理
相同
相异
在外场的作用下,导体静电感应时电子产生宏观移动,达到静电平衡; 电荷重新分布
极化中分子产生位移极化或转向极化,无电荷的宏观移动
电荷分布 分布在物体表面,导体的感应电荷为自由电荷;
体内无净电荷
电场分布 满足场强叠加原理
介质的极化电荷为束缚电荷
静电平衡后导体内部电场为零,表面场强方向与表面垂直;介质极化后,内部电场有所减小,但不为零

四、计算与证明
1.解:① C板左、右两面带电量为Q1Q2;由于AB两板接地,则其外侧电荷为零,只有内侧带电。有 QAQ1QBQ2 Q1Q2Q由真空中的高斯定理

(1
Q1SEdS下底面ECAdSECAS1S00S
ECAQ10S,同理 ECBQ20S
注意:计算场强分布也可用四个无限大带电平板场强的叠加

UCAECAdCAQ1d30S UCBECBdCBQ1d30SQ2dQ2d0S

AB接地 UCBUCA
0S
Q13Q2(2

联立求解得:Q134QQ214Q QA1Qd40S34QQB14Q

所以 UcUCA
由于BC板间充入电介质,C板上的电荷会重新分布,AB板上的电荷也会变化。设Q2QC板左、右两面带电量为Q1Q2则有 Q Q1Q2Q1QBA(3
由介质场的高斯定理得
Q2SDdS下底面dSDCBS2SDCBSQ2S
DCBECBDCB0rQ1dQ20rS,同理ECAQ10SdQ2
ECAdCA UCA30SECBdCB UCB0rS
UCA AB接地 UCBQ1d30SdQ20rS
Q13Q2r(4
联立求解得:Q133rQd33rQQ2r3rQ
QAQQBr3rUCAQ 所以 UC73-4Qd0(3rS
3UC0(3rS3.0108.8510-123.010(3520010636V

本题从电容角度计算容易!
QAQ1QBQ2 Q1Q2QAC间的电容:CCA0Sd/3Q1UCAQ2UCB(1
UCAQ1d30SQ2d
BC间的电容:CCB0Sd UCB0S

AB接地 UCBUCA
3414Q1d30SQ2d0S
Q13Q2(2

联立求解得:Q1QQ2Q QA1Qd40S34QQB14Q

所以 UcUCA
Q2 Q1Q2Q QQ1QBAAC间的电容:CCA(3
Q1d30S0Sd/3Q1UCAQ2 UCA
BC间的电容:CCB0rSdUCB UCBdQ20rS
UCA AB接地 UCBQ1d30SdQ20rS

Q13Q2r(4

联立求解得:Q133r33rQQ2r3rQ
QAQQBr3rUCAQ 所以 UCQd0(3rS

2.解:1 设带电Q,则由介质场的高斯定理 D2rhhQLh
DQ2rLR2 EQ20rrLQ20rL
UR2R1Edr
Q20rrLQUR1drlnR2R1
圆柱形电容器:故 C20rLln(R2/R1

2)由EQ20rrL可知内膜处最先达到击穿场强,故令 E(R1Qmax20rLR1Ek
, 则最多电荷为 Qmax20rLR1Ek 对应的最大储能为 WmaxQmax2C20rLR1Ekln22R2R1
3. 解:由介质场的高斯定理可得:当rRE1er40R3;当rRE2e40r2
能量密度: w11212D1E1120E12120(er40Re40re23
2w2D2E2120E2212e20(2
2总能量:WeR
0w1dV
Rw2dV400R3e280R3e2200Rmec2
可得:电子半径上限: R五、附加题
200mec2
1. 解:①金属球为等势体,只求其球心处电势(简单
因为感应的正负电荷在球心处产生的电势 之和等于零,球心处的电势等于电荷q 在此处激发的电势,即:U0q40b
+q
+ + + + + - -q - - - - q 金属球接地后,电势为零,同时金属球上的正电荷向地球迁移(静电平衡,负电荷由于正电荷的吸引留在金属球上。此时球心电势由电荷q和感应电荷q'激发:U0q40bq40a0 所以qaqb
2. 解:未装满油料时,电容可看做一个真空电容C1,一个介质填充电容C2并联: CC1C20(ahbd0rhbd0bd[h(r1a]ha0abhd[a(r11]
此电容显然也可以看做一个相对介电系数r(r11为可变的平板电容,其相对介电系数与液体高度之间的比例系数为r1,此值越大,则油量计越灵敏,因此甲醇更合适。

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/f478a20a16fc700abb68fc4e.html

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