靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理

ConductorsandDielectricsinElectrostaticFieldChapter6靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)NO.10－3（第三講）內(nèi)容概述1.

理解兩種電介質(zhì)極化的微觀機(jī)制

理解電極化強(qiáng)度及其與電場(chǎng)強(qiáng)度、

理解電位移矢量及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系

掌握有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理，并用其

極化電荷的關(guān)系求解電介質(zhì)中的電場(chǎng)。1.電介質(zhì)（Dielectrics）二、靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)導(dǎo)體電介質(zhì)電結(jié)構(gòu)在電場(chǎng)中的表現(xiàn)

除導(dǎo)體外，凡在電場(chǎng)中能與電場(chǎng)發(fā)生相互作用的物質(zhì)。自由電子電荷被束縛在分子內(nèi)電荷在整個(gè)導(dǎo)體上重新分布,平衡時(shí)電荷只分布在外表面；內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零電荷如何分布？對(duì)電場(chǎng)有何影響？（氫、氧，水、油，玻璃、云母、陶瓷、塑料）+++++++-------+++++++-------???（2）電介質(zhì)內(nèi)附加電場(chǎng)方向與原電場(chǎng)相反（退極化場(chǎng)）。（1）相對(duì)電容率說(shuō)明：2.電介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：2.電介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響電介質(zhì)（絕緣體）相互作用靜電場(chǎng)（）↑介質(zhì)表面出現(xiàn)極化電荷↓靜電場(chǎng)重新分布（產(chǎn)生附加電場(chǎng)）

物理圖像：均勻介質(zhì)球在均勻外場(chǎng)中的極化：外電場(chǎng)附加場(chǎng)總電場(chǎng)（1）電介質(zhì)分為（2）電介質(zhì)的極化

有極分子轉(zhuǎn)向極化極化面電荷3.電介質(zhì)的極化

無(wú)極分子感應(yīng)極化（位移極化）

有極分子電介質(zhì)

無(wú)極分子電介質(zhì)（3）極化面電荷3.電介質(zhì)的極化

電介質(zhì)產(chǎn)生的一切宏觀效果都是通過(guò)未抵消的束縛電荷來(lái)體現(xiàn)。

若為均勻極化，極化電荷被束縛在介質(zhì)表面，不能離開(kāi)電介質(zhì)到其它帶電體，也不能在電介質(zhì)內(nèi)部自由移動(dòng)，它不象導(dǎo)體中的自由電荷能用傳導(dǎo)方法將其引走。

若為不均勻極化，介質(zhì)內(nèi)有極化電荷的積累。（1）電極化強(qiáng)度4.

電介質(zhì)極化的定量描述

單位：C/m2

物理意義：大量分子電偶極矩的統(tǒng)計(jì)平均值.用來(lái)量度電介質(zhì)極化狀態(tài)（極化的程度和方向）外場(chǎng)越強(qiáng)，極化越厲害，所產(chǎn)生的分子電矩的

如果電介質(zhì)中各點(diǎn)的極化強(qiáng)度矢量大小和方向都矢量和也越大。相同，則該極化是均勻的，否則極化是不均勻的.（2）極化電荷面密度+++++++++++-----------++++++------Case1:在平板電容器中充滿均勻且各向同性的電介質(zhì)4.

電介質(zhì)極化的定量描述

電介質(zhì)對(duì)外電場(chǎng)的響應(yīng)（電極化強(qiáng)度）與外電場(chǎng)成線性關(guān)系（2）極化電荷面密度Case2:在各向同性的電介質(zhì)中取一個(gè)斜柱體，使極化強(qiáng)度的方向與斜柱體軸線平行。4.

電介質(zhì)極化的定量描述

介質(zhì)表面某處極化電荷面密度等于該處電極化強(qiáng)度在表面法向上的分量。O三、有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理1.問(wèn)題的引出在介質(zhì)中作高斯面，由高斯定理得：電介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度.是所有自由電荷和極化電荷共同作用的結(jié)果。如何得出電場(chǎng)和自由電荷的顯性關(guān)系？三、有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理2.問(wèn)題的解決電位移矢量——有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理通過(guò)任一閉合曲面的電位移通量，等于該曲面內(nèi)所包圍的自由電荷的代數(shù)和。物理意義討論：1.和聯(lián)系和區(qū)別。（2）是一有用的輔助量，無(wú)物理意義；對(duì)于各向同性的材料，在不太強(qiáng)的情況下(）—

電極化率（3）電位移線始于正自由電荷，終于負(fù)自由電荷，在無(wú)自由電荷處連續(xù)；++++++------+++++++++++-----------電場(chǎng)線始于正電荷終止于負(fù)電荷（包括自由電荷和與束縛電荷）。（1）都取決于空間所有極化電荷和自由電荷。（實(shí)驗(yàn)公式，有條件）（定義式，無(wú)條件）（實(shí)驗(yàn)＋定義，有條件）討論：2.、、、和的關(guān)系。3.若自由電荷（電介質(zhì)）分布有高度對(duì)稱性（）根據(jù)電介質(zhì)中的高斯定理，在電介質(zhì)中電位移矢量沿任意一個(gè)閉合曲面的積分等于這個(gè)曲面所包圍自由電荷的代數(shù)和。下列推論正確的是若通過(guò)該曲面的電位移通量為零，曲面內(nèi)一定沒(méi)有自由電荷；（）若通過(guò)該曲面的電位移通量為零，曲面內(nèi)電荷的代數(shù)和一定為零；電介質(zhì)中的高斯定理表明電位移矢量?jī)H與自由電荷的分布有關(guān)；介質(zhì)中的電位移矢量與自由電荷和極化電荷的分布有關(guān)。

選－1

例1

把一塊相對(duì)電容率r=3的電介質(zhì)，放在相距d=1mm的兩平行帶電平板之間.放入之前，兩板的電勢(shì)差是1000V.

試求兩板間電介質(zhì)內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度E

，電極化強(qiáng)度P

，板和電介質(zhì)的電荷面密度，電介質(zhì)內(nèi)的電位移D.d+++++++++++-----------U思考：若電介質(zhì)不填滿兩極板之間呢？

例2

導(dǎo)體球帶正電，半徑為，球外被同心均勻電介質(zhì)球殼包圍。介質(zhì)球殼外半徑為,相對(duì)電容率為，求介質(zhì)球殼內(nèi)、外的電場(chǎng)強(qiáng)度分布和極化面電荷密度。

平行板電容器極板間距為