1、静电场的能量 大学物理电子教案 1 电容器中的能量 我们再来看一看电容器的充电过程 电容器的充电过程就是由电源不断地将正电荷从电容器的负极板搬运到正极板的过程 这一过程电源所消耗的能量就转化为电容器内所储存的电场能量 合上开关向电容器充电到电势差为u 电量为q时 再将dq的电荷从负极板搬运到正极板 即当电容器被充电到电量为Q 电势差为U时 所储存的能量为Q2 2C 这是计算电容器充电后所储存的电场能量的基本公式 2 电场能量 电场存在的空间体积 电场能量体密度 电场中单位体积所储存的能量它描述了电场中能量分布状况 电场存在的空间体积 电场能量体密度 描述电场中能量分布状况 例题 求平板电容器所
2、储存的电场能量 如图所示 两块带等量异号电荷的金属板平行放置组合而成的平板电容器 求所储存的电场能量 S S 例 一空气平板电容器的极板面积为S 间距为d 用电源充电后两极板带电量分别为 Q和 Q 断开电源后 将两极板距离拉开为2d 求 1 外力克服两极板相互吸引力所作的功 2 两极板间的相互吸引力 F F 例 一空气平板电容器的极板面积为S 间距为d 用电源充电后两极板之间的电势差为U 保持与电源的连接 将两极板距离由d拉开为2d 求该平板电容器储存的电场能量的改变量 F F 例题 一真空平行板电容器 充电后 断开电源 拉大两极板间的距离 则电容器的电容将 两极板间的电场强度将 两板间的电势
3、差将 电容器的电量将 电容器储存的电场能量将 若充电后 保持与电源连接 拉大两极板间的距离 则电容器的电容将 两极板间的电场强度将 两板间的电势差将 电容器的电量将 电容器所储存的电场能量将 填 变大 变小 或者 不变 变小 不变 变大 不变 变大 变小 变小 不变 变小 变小 例 一空气平板电容器的极板面积为S 间距为d 今将一厚度为t 面积也为S的铜板平行地插入电容器内 用电源充电到电容器的带电量为Q时 求 1 计算此时电容器中的电场能量 2 断开电源 再将该铜板从电容器中抽出 外界需要做多少功 d 例 一空气平板电容器的极板面积为S 间距为d 用电源充电到电容器两极板之间的电势差为U时
4、保持与电源的连接 将一厚度为t 面积也为S的铜板平行地插入电容器内 求该电容器储存的电场能量的改变量 d 例 一空气平行板电容器的极板面积为S 间距为d 充电后 正负极板的带电量分别为 Q 求 1 此时电容器中的电场能量 2 如果断开电源 再将相对介电常数为 r的均匀电介质板插入从电容器中 求此时电容中的电场能量 d S S 例 一空气平行板电容器的极板面积为S 间距为d 充电后 正负极板之间的电势差为U 如果保持与电源的连接 再将一相对介电常数为 r的均匀电介质板平行插入该电容器 求该电容器中储存的电场能量的改变量 d S S 例 一真空平板电容器充电后切断电源 然后充入均匀电介质 则该电容器的电容将 电量将 两板间的电势差将 所储存的电场能量将变 如果充电后保持与电源连接 再充入均匀电介质 则电容器的电容将变 电量将 两板间的电势差将 所储存的电场能量将变 填 变大 变小 或 不变 变大 不变 变小 变小 变大 不变 变大 变大 例 计算球形电容器储存的能量 已知RA RB q r L 例 计算圆柱形电容器储存的能量 已知RA RB r R 例 计算均匀带电球体的静电场能量 已知球体半径为R 带电量为q R q
