静电演示仪器 带电体系的静电能.pptVIP

§4 静电演示仪器 一、感应起电机 作用:连续产生静电荷及高电压(静电演示实验用,可达几万伏) 原理示意图见书69页 原理:静电感应 莱顿瓶:一种电容器储存 电荷,内外 表面贴有锡箔的玻璃瓶。 大小两个圆n和m代表两个圆盘两侧的金属杆，1、2和3、4代表4个电刷。由于大气中存在微量电荷。设n盘的锡箔a偶然拾得正电荷。 把m盘上与a相对的箔-b看成是看成是一个导体，则由于静电感应，b带负电而-b带正电。先设m盘顺时针转动而n盘不动，则m盘上每对锡箔在于1、2接触时都带上等量的异号电荷。 在于前者利用静电荷所受静电场力而后者是用电流所受的磁场力。后者在测量时必须从被测量的对象吸取电流，从而或多或少改变被测量电压的数值。前者不吸收电流，这是优于后者之处。此外，静电计通常用于测量高电压，而常用的伏特计由于受到绝缘材料的限制而只能测量较低的电压。 * * §4 静电演示仪器 §5 带电体系的静电能 目录 二 静电计 由图可见两盘电荷在一、三象限异号而在二、四象限同号。在二、四象限放置集电梳 j1与j2，利用尖端放电原理，就可把正负电荷不断收集至小球s1及s2上，使两球间出现很高的电势差。 把验电器的玻璃瓶改为金属盒，铝箔改为带刻度的金属指针，就成为一个能定量 电势差的静电计 一般地说，凡是利用 导体表面静电荷的静 电场所受的力来测量 电压的仪器都可称作 静电计。以上介绍的 只是静电计中常被用 于演示实验的以一种 。根据不同的测量需 要，还有许多其他形 式的静电计。静电计 与中学教材的伏特计都是测量电压的仪器，区别 * §5 带电体系的静电能 一、带电体系的静电能 状态a时的静电能是什么？ 定义：把系统从状态 a 无限分裂到彼此相距无限远的状态时静电场力作的功叫作系统在状态a时的静电势能 ，简称静电能。 带电体系处于状态 或者说：把这些带电体从无限远离的状态聚合到状态a的过程中，外力克服静电力作的功。 * 二、 点电荷之间的相互作用能 两个点电荷系统 状态a 想象q1 q2 初始时相距无限远 第一步: 先把q1摆在某处, 外力不作功 第二步: 再把q2从无限远移过来, 使系统处于状态a, 外力克服q1的场作功（系统的相互作用能） --- q1在q2 所在处的电势 * 电场力作功与路径无关, 所以 写为对称的形式 也可以先移动 ---q2在q1所在处的电势 --- q1在q2 所在处的电势 是第2个电荷在第1个电荷处产生的电势 是第1个电荷在第2个电荷处产生的电势 * 推广到多个点电荷组成的体系 ，写为 是 以外的电荷在 处产生的电势。上式即为点电荷系的相互作用能。 点电荷系 * 若带电体连续分布 :因dq 无限小，所以V为带电体上所有电荷在dq处的电势；Q 表示积分遍及带电体所有电荷。 如带电导体球： 带电量 半径 电荷只分布 在外表面 * 三、电容器的静电能 q + dq Q E -Q … -(q +dq) q -q … 2dq -2dq dq -dq 0 0 t = t t = 0 + + + + + + + + + - - - - - - - - - 假设电容器充电过程如下图。t = 0时两板不带电，然后将dq从下板移送到上板（外力不做功），再移送dq到上板（外力克服静电力做功） * 当上板带+q，下板带-q时，两板间电势差为u，再移送dq时，外力克服电场力做功为 +q -q u dq 按照电容定义 所以 整个充电过程 * 电容器的静电能 解题注意：有关电容器解题中涉及到的不变量 ·电容器充电后电源断开-保持电容器的电量不变 ·电容器始终和电源相联-保持电容器的电压不变 故电容器的静电能为 根据电容定义 * 注意:大电容千万不能触摸极板！！！ 应用：(1)照相机闪光灯 (2)心脏起搏器 * 四、自能和互能 自能：把带电体分割为无限多小块，把每小块从无限远离移到一起组成带电体时外力所作的功。 互能：把各个带电体从无限远离状态放到某个位置时外力所作的功。 注意：自能和互能是相对而言的，自能是一个带电体内部各部分之间的相互作用能，对其它带电体而言是该带电体的自能。 静电能： 在运动变化过程中，自能不变，只考虑互能。 静电能 = 自能 + 相互作用能 * 例：求一半径为R带电量为Q 的均匀带电球体的 静电(势)能。 解：把球体分为无限多个无限薄的 同心球壳，每个球壳看作是体系中 的一个带电体。? 由高斯定理可求出球内外r处的电场 ?球内r处的电势(是体系内所有电荷产生的） dr r · dq E内= Q r 4??0R3 E外= Q