《《靜電場(chǎng)的能量》PPT課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《靜電場(chǎng)的能量》PPT課件（24頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、從形成帶電體系的過程看電場(chǎng)的能量使物體帶電的過程是電荷相對(duì)移動(dòng)的過程O（1） 要使 O 帶電，先把q1移動(dòng)O，做功為零。 q1再把q2移動(dòng)O，外力必須克服電場(chǎng)力做功q1q2由能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律，外力對(duì)系統(tǒng)所作的功，等于系統(tǒng)能量的增加。此能量以電勢(shì)能的形式存儲(chǔ)在電場(chǎng)中，稱為電能。這種電能是形成帶電體所需要的功，轉(zhuǎn)化為電能的一種 自能一、電能9-6 電荷間相互作用能 靜電場(chǎng)的能量 自能：把一個(gè)帶電體上各部分電荷從無(wú)限分散的狀態(tài)會(huì)聚在一起，克服電場(chǎng)力所作的功。A （2）A、B各自是不可分割的整體，組成一個(gè)系統(tǒng)B+ + + + + +A+ +把B從無(wú)窮遠(yuǎn)移近A，主要是克服兩個(gè)帶電體系的相互作用力做功

2、。這部分電能稱為互能。電能=自能+互能帶電體之間的 能量形成帶電體的能量 計(jì)算電能的出發(fā)點(diǎn)：從能量的轉(zhuǎn)化和守恒看，一個(gè)帶電體具有多少電能，是指將此帶電體的各個(gè)電荷從無(wú)窮遠(yuǎn)移到帶電體所在處，外力所做的功二、電能的計(jì)算電荷之間具有相互作用能（電勢(shì)能），當(dāng)電荷間相對(duì)位置發(fā)生變化或系統(tǒng)電荷量發(fā)生變化時(shí)，靜電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量。 1. 點(diǎn)電荷間的相互作用能1.1 兩個(gè)點(diǎn)電荷假設(shè)q1、q2從相距無(wú)窮遠(yuǎn)移至相距為r。 先把q1從無(wú)限遠(yuǎn)移至A點(diǎn)，因q2與A點(diǎn)相距仍然為無(wú)限，外力做功等于零。1q A1q 2q 再把q2從無(wú)限遠(yuǎn)移至B點(diǎn)，外力要克服q1的電場(chǎng)力做功，其大小等于系統(tǒng)電勢(shì)能的增量。1q A1q 2

3、q)( 22 VVqA 2q BrV2是q1在B點(diǎn)產(chǎn)生的電勢(shì)，V是q1在無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)。rqV 1 02 41 0V所以22VqA rqq 21041 點(diǎn) 電 荷 間 的 相 互 作 用 能 同理，先把q2從無(wú)限遠(yuǎn)移B點(diǎn)，再把q1移到A點(diǎn)，外力做功為1q A1q 2q2q Br11VqA rqq 21041V1是q2在A點(diǎn)產(chǎn)生的電勢(shì)。兩種不同的遷移過程，外力做功相等。根據(jù)功能原理，外力做功等于系統(tǒng)的相互作用能W。rqqAW 21041 點(diǎn) 電 荷 間 的 相 互 作 用 能 可改寫為rqqrqqW 102201 41214121 2211 2121 VqVq 2121i iiVq 兩個(gè)點(diǎn)電荷組

4、成的系統(tǒng)的相互作用能（電勢(shì)能）等于每個(gè)電荷在另外的電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)中的電勢(shì)能的代數(shù)和的一半。 點(diǎn) 電 荷 間 的 相 互 作 用 能 1.2 多個(gè)點(diǎn)電荷 推廣至由n個(gè)點(diǎn)電荷組成的系統(tǒng)，其相互作用能（電勢(shì)能）為ini iVqW 121Vi是除qi外的其它所有電荷在qi 所在處產(chǎn)生的電勢(shì)。 點(diǎn) 電 荷 間 的 相 互 作 用 能 dq U21Uq21 W n1i ii取體積元，有電荷dqq vq i ,i 很小，（2）積分遍積電荷所在處。）關(guān)鍵就是寫電勢(shì)的代數(shù)和。處共同產(chǎn)生的在是由空間所有帶電體其中：U( dq U)1( 例題 1求電量為Q 0、半徑為R的均勻帶電球面的靜電能。 解：設(shè) U= 0d

5、QUWe 21每一個(gè)dQ 所在處的電勢(shì) 0 00421 Q RdQQRQ028 0 R 一、電容器中的靜電能E+q -q + + + + + -dqU1 U2+ -電容器極板的帶電過程是使中和的正負(fù)電荷分離的過程。在正負(fù)電荷的分離過程中，外力必須克服電荷之間的相互引力而作功，所以電源必須消耗某種形式的能量。從能量守恒看，電源所作的功等于電容器所儲(chǔ)存的能量。電源把dq的電荷從正極板搬到負(fù)極板上，相當(dāng)于把帶電量為+dq的正電荷從負(fù)極板搬到正極板電源所做的功。電容器的充電過程是把其他形 式的能量轉(zhuǎn)化成電勢(shì)能的過程。- - - 例題2 求平行板電容器所具有的電能 電 容 器 充 電 = 外 力 不 斷

6、 地 把 電 荷 元 dq從 負(fù) 極 板 遷 移 到 正 極 板 dqUUdA 21 dqCq極板上電荷從0 Q ，外力作功 Q dqCqA 0 CQ2 2根據(jù)能量守恒定律，外力作功A=電容器中儲(chǔ)存的靜電能W21 UUU 2QU2 2CUCQWe 2 2 QCU 該 結(jié) 果 由 平 行 板 電 容 器 推 得 ， 但 具 有 普 遍 意 義 。討論：在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 ， 充 電 時(shí) 電 壓 值 給 定 ， 故CWe C ：是電容器儲(chǔ)存能量本領(lǐng)大小的標(biāo)志 再 解 例 題 1求電量為Q 0、半徑為R的均勻帶電球面的靜電能。 解：設(shè) U= 0 RQ02e 8W R CQWe 2 2 R4C 0

7、 能 量 密 度 2QUWe EdU SQ 0E VEWe 202VSd 1、電容器中的能量與電場(chǎng) 能量密度2 20 Ee 1、 此 式 表 明 有 電 場(chǎng) 存 在 的 區(qū) 域 （ 即 ： ） 就 儲(chǔ) 存 著 電 能 。2、 在 均 勻 電 場(chǎng) 、 非 均 勻 電 場(chǎng) 、 變 化 電 磁 場(chǎng) 中 ，此 式 都 普 遍 成 立 ， 只 是 此 時(shí) 的 能 量 密 度 是 逐 點(diǎn)變 化 的 。3、 該 結(jié) 果 由 平 行 板 電 容 器 推 得 ， 但 具 有 普 遍 意 義 。4、 當(dāng) 存 在 電 介 質(zhì) 時(shí) ： DE21E212 2r0 Ee 各 向 同 性 均勻 電 介 質(zhì)0E 5 : 2

8、202E Eee 不 符 合 疊 加 原 理e例如： P ? p 6 ：非均勻變化的電磁場(chǎng)中，求任意帶電系統(tǒng)在整個(gè)電場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量微元分析法dvE21dvW 2r0VV ee 特例：當(dāng)介質(zhì)均勻dvDE21W Ve E ：積分所在處dv的場(chǎng)強(qiáng)V :積分區(qū)域V積分遍及整個(gè)電場(chǎng)所在空間 兩種求解電能的方法1 能量轉(zhuǎn)化和守恒（由反抗電場(chǎng)力作功的角度） dq U21 W 2 利用能量密度計(jì)算dvDE21W Ve 例題 3均勻帶電球體，R ,Q ,求電能。 解： 先寫出球內(nèi)外的 E 和 U 分布解法一 由反抗電場(chǎng)力作功的角度，從無(wú)窮遠(yuǎn)處遷移電荷，能量轉(zhuǎn)化和守恒： 在球體內(nèi)取一半徑為r，厚度為dr的球殼 drr4dq dqdrrr 2 ，的 dq U21 W 積分區(qū)間為電荷所在整個(gè)空間 0到R dq所在處的電勢(shì)為： 3020 R8QrR83QU R203Qdq U21 W 02R0 代入 ： 解法二利用能量密度dvE21dvW 2r0VV ee 積分區(qū)域包括電場(chǎng)所在的整個(gè)空間，包括球內(nèi)球外在球內(nèi)、球外分別取體積元 dV dvE21dvE21W 2020e 球 外球 內(nèi) R203Q 02 場(chǎng)是物質(zhì)存在的一種形式。所以場(chǎng)具有能量。由于帶電球體在球內(nèi)外都會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，所以電能應(yīng)包括球內(nèi)和球外能量的總和。