2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：電荷和電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的能量

1、電荷和電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的能量例：一平板電容器面積為S，間距d，用電源充電后，兩極板分別帶電為+q和-q，斷開電源，再把兩極板拉至2d ，試求：外力克服電力所做的功。兩極板間的相互作用力？解：根據(jù)功能原理可知，外力的功等于系統(tǒng)能量的增量。電容器兩個(gè)狀態(tài)下所存貯的能量差等于外力的功。初態(tài)末態(tài)外力反抗極板間的電場(chǎng)力作功(2) 兩極板間的相互作用力解： 例 如圖圓柱形電容器，中間是空氣，空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)是 ，電容器外半徑 .在空氣不被擊穿的情況下，內(nèi)半徑 可使電容器存儲(chǔ)能量最多.（ 空氣 ）單位長(zhǎng)度的電場(chǎng)能量+-+_擊穿場(chǎng)強(qiáng)+-+_例. 求一半徑為R的均勻帶電Q的球體之靜電能。+RQ+R+R+解：由高斯定理

2、，得場(chǎng)強(qiáng)分布例. 長(zhǎng)同軸電纜中有兩層電介質(zhì)1, 2 ，已知半徑分別為a、b、c，求電場(chǎng)分布，Vac，及單位長(zhǎng)度的C和We.解：同軸電纜中心是導(dǎo)線，外面被金屬圓筒包圍著。根據(jù)高斯定理，得場(chǎng)強(qiáng)分布單位長(zhǎng)度的C:單位長(zhǎng)度的We:方向沿 x 軸，垂直于平板向外。與例4的結(jié)果(無(wú)限大圓盤)一致。OxL解: QR例. 已知圓環(huán)半徑為R, 帶電量為Q ，桿的電荷線密度為 ，長(zhǎng)為L(zhǎng), 求桿對(duì)圓環(huán)的作用力. 根據(jù)例3結(jié)果，圓環(huán)在 dq 處產(chǎn)生的電場(chǎng)桿上取電荷元注意:總結(jié)：求場(chǎng)強(qiáng) 的步驟:非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體 熱傳導(dǎo) 熱功轉(zhuǎn)換完全功不完全熱 自然界一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的。它所揭示

3、的客觀規(guī)律向人們指出了實(shí)際宏觀過(guò)程進(jìn)行的方向和條件。無(wú)序有序自發(fā)非均勻、非平衡均勻、平衡自發(fā) 卡諾循環(huán)是一個(gè)理想的準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)，是可逆循環(huán)。它由兩條等溫線和兩條絕熱線組成的循環(huán)?？ㄖZ在研究熱機(jī)循環(huán)效率時(shí)，提出了卡諾定理。內(nèi)容：（2）在相同高溫?zé)嵩?(T1) 和相同低溫?zé)嵩?(T2) 之間工作的一切不可逆熱機(jī)的效率，總是小于可逆熱機(jī)的效率。（1）在相同高溫?zé)嵩?(T1) 和相同低溫?zé)嵩?(T2) 之間工作的一切可逆熱機(jī)，不論用什么工作物質(zhì) ，其效率都相等, 大小為：（可以用熱力學(xué)第二定律證明）QLAITHTLRIQHQHARQL(a)可逆熱機(jī)R和不可逆熱機(jī)I運(yùn)行于熱源TH和TL之間（圖a），與TH交換的熱量相等，皆為QH ，但與TL交換的熱量分別為QL和QL。對(duì)外作功分別為: AR=QH-QL AI=QH-QL假設(shè)： I R ，即 AI AR如圖(b)所示，令R 逆向循環(huán)成為制冷機(jī)，并將I 對(duì)外作功一部分AR驅(qū)動(dòng)這部制冷機(jī)工作，而剩下的一部分AI-AR輸出。欲證：二者如此聯(lián)合工作的效果是：高溫?zé)嵩碩H恢復(fù)原狀，只是從低溫?zé)嵩碩L吸收熱量QL-QL并完全轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫墓ΓˋI-