南师附中物理竞赛讲义-11.4静电场的能量讲课讲稿.doc
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1、南师附中物理竞赛讲义 11.4静电场的能量精品文档11.4静电场的能量一、电容器的静电能研究电容器的充电过程。一开始电容器的电势差很小,搬运电荷需要做的功也很小,充电后两板间电势差增加,搬运电荷越来越困难,需要做的功变多。可以看成是一个变力(变电势差)做功问题。图像法用面积表示做功。画Q-U图像还是U-Q图像?电容器充电过程中,电荷和能量均由电源提供。在电源内部,可以看成是正电荷从负极移动到正极。由于电源电动势(即电压)不变,克服电场力做功为:在电容器充电过程中电源消耗的能量和电容器增加的静电能不相等!思考:两者是否一定是两倍的关系?多余的电能消耗在电路中(定性解释)例1、极板相同的两个平行板
2、电容器充以相同的电量,第一个电容器两极板间的距离是第二个电容器的两倍。如果将第二个电容器插在第一个电容器的两极板间,并使所有极板都相互平行,问系统的静电能如何改变。例2、平行板电容器C接在如图所示电路中,接通电源充电,当电压达到稳定值U0时,就下列两种情况回答,将电容C的两极板的距离从d拉到2d,电容器的能量变化为多少?外力做功各是多少?并说明做功的正负(1)断开电源开关(2)闭合电源开关例3、图中所示ad为一平行板电容器的两个极板,bc是一块长宽都与a板相同的厚导体板,平行地插在a、d之间,导体板的厚度bc=ab=cd.极板a、d与内阻可忽略电动势为E的蓄电池以及电阻R相连如图已知在没有导体
3、板bc时电容器a、d的电容为C0 ,现将导体板bc抽走,设已知抽走导体板bc的过程中所做的功为A,求该过程中电阻R上消耗的电能例4、如图所示,电容器C可用两种不同的方法使其充电到电压U=NE。(1)开关倒向B位置,依次由1至2至3至N。(2)开关倒向A位置一次充电使电容C的电压达到NE。试求两种方式充电的电容器最后储能和电路上损失的总能量。(电源内阻不计)例5、在图所示电路中,三个电容器C1、C2、C3,的电容值均为C,电源的电动势为E,R1、R2为电阻,S为双掷开关开始时,三个电容器都不带电,先接通Sa再接通Sb再接通Sa,再接通Sb如此多次换向,并使每次接通前都已达到静电平衡试求:(1)当S第n次接通b并达到平衡后,每个电容器两端的电压各是多少?(2)当反复换向的次数无限增多时,在所有电阻上消耗的总电能是多少?二、能量与能量密度注意:电能是分布在空间中的电场所具有的,而不是带电体具有的。平行板电容器(空气介质)的能量为:上式也可以写为:其中w为能量密度:此公式是普适的,对任何电场适用。(证明略)对于非匀强电场,w不是定值 例6、半径为R的球面均匀带电,总电量为Q,求整个空间内的静电能。例7、已知球面均匀带电量Q,半径为R,试计算带电球面上的表面张力系数。收集于网络,如有侵权请联系管理员删除
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