大学物理学电子教案课件
大学物理学PPT
目录
第1章-质点运动学
第2章-1牛顿定律
第6章-导体和介质
第7章-1恒定磁场
第13章-狭义相对论
第14章-广义相对论
第2章-2动量守恒定律
第2章-3能量守恒定律 第3章-1刚体
第7章-2恒定磁场
第8章-电磁感应 第9章-热力学 第10章-气体动理论 第11章-几何光学 第12章-1波动光学 第12章-2波动光学
大学物理学电子教案
毛骏健 鲍鸿吉 主编 / 同济大学 高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
使用说明
本电子教案是用Microsoft Office中的PowerPoint 应用程序制作而成。在所有安装了Microsoft Office应用程序，并能够运行自如的计算机上都 能够操作使用。 本电子教案共分十八章，其内容由25个PPT文件 组成。大部分内容是以章为单位建立一个独立的 PPT文件；少数内容较多的章节被拆分为两个或 三个PPT文件。 使用时，可以由两种不同的方法打开文件： 1. 直接打开相应章节的PPT文件； 2. 在电子教案的目录中点击相应的章节。
物理、粒子物理简介、固体物理组成。
前言
本电子出版物是与毛骏健、顾牡主编的《大学物
理学》主教材配套的电子教案，其内容涵盖了一 般大学本科非物理专业普通物理学教学的全部基 本知识点，符合教育部最新制定的“理工科非物 理专业大学物理课程教学基本要求”。其中的章 与节完全按照主教材的顺序编排。 本课件层次清晰、界面设计及色彩搭配美观，操 作简便，设计规范。配合讲解，穿插了大量的彩 色图形和丰富的例题。许多插图采用了PPT绘图 工具绘制出了动态的演示图，使讲解更清晰、更 明了。
第15章-1量子物理
第15章-2量子物理 第16章-原子核物理 第17章-粒子物理简介 第18章-固体物理
大学物理学电子教案 第1章 质点运动学
第1章质点运动学◆本章学习目标1．理解参考系和坐标系的概念；2．掌握位矢和位移、瞬时速度和瞬时加速度概念；3．掌握通过已知加速度和初始条件求解速度、运动方程的方法；4．理解角速度、角加速度及其与线量的关系；5．理解相对运动及其计算方法。
◆本章教学内容1．参照系和坐标系；2．质点位矢和位移；3．速度加速度；4．直线运动；5．曲线运动；6．相对运动。
◆本章教学重点1．位矢和位移；2．由已知加速度和初始条件求解速度、运动方程；3．相对运动及其计算方法。
◆本章教学难点1．位矢与位移的区别；2．速度和加速度的矢量性与相对性；3．物理量的微积分计算。
◆本章学习方法建议及参考资料1．补充微积分的知识；2．注意讲练结合；3．要注意依据学生具体情况安排本章进度。
参考教材东南大学等七所工科院校编，《物理学》，高等教育出版，1999年11月第4版§1.1参照系和坐标系一、机械运动1．机械运动：所谓机械运动，是一个物体相对于另一个物体的位置，或一个物体内部的一部分的位置随时间的变化过程。
2．运动学：力学中描述物体怎样变化怎样运动的内容叫做运动学，它是描述物体的位移、速度、加速度等随时间的变化规律。
二、参照系和坐标系1．参照系为了描述物体的机械运动，即它的位置随时间的变化规律，就必须选择一个物体或几个相互间保持静止或相对静止的物体作为参考，被选为参考的物体称为参照系。
同一物体的运动，由于选择的参照系不同，会表现为各种不同的形式。
如在地面匀速前进的车厢中一个自由下落的石块，以车厢为参照系，石块做直线运动，如果以地面为参照系，则石块将做曲线运动。
物体运动的形式随参照系的不同而不同，这个事实叫运动的相对性。
由于运动的相对性，当我们描述一个物体的运动时，就必须指明是相对于什么参照系来说的。
2．坐标系为了定量地说明一个物体相对于某一参照系的空间的位置，就在该参照系上建立固定的坐标系。
一般选用迪卡尔直角坐标系，也可以选用极坐标系、自然坐标系等。
大学物理电子教案(西南交大)3_2
大学物理
(2)由角量和线量的关系，得边缘一点的速度、切向加 由角量和线量的关系，得边缘一点的速度、 由角量和线量的关系 速度和法向加速度
1 1 2 v = ω r = ω D = (3t + 4) × 0.4 = 0.2 × (3t 2 + 4) 2 2 aτ = β r = 6t × 0.2 = 1.2t
四、刚体的运动
大学物理
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大学物理
刚体定轴转动 定义定轴转动刚体上各质点的运动面为转动平面 定义定轴转动刚体上各质点的运动面为转动平面 定轴转动刚体上各质点的运动面为 刚体定轴转动的特点： 刚体定轴转动的特点： 1. 转动平面垂直于转轴。 转动平面垂直于转轴。
• • • • • •
ω
v
R
r
α
O
θ , ∆θ , ω , β
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五、运动的相空间描述 运动相空间：用位置、速度建立坐标系。 运动相空间：用位置、速度建立坐标系。
大学物理
相空间：以系统的状态参量为变量，建立的坐标系。 相空间：以系统的状态参量为变量，建立的坐标系。 相图：在坐标面上的点对应系统的状态，称为相点 相点。 相图：在坐标面上的点对应系统的状态，称为相点。 相点在相空间的运动轨迹即是相图 相图。 相点在相空间的运动轨迹即是相图。 v
此时总加速度的大小为 a = an + aτ = 1.22 + 9.82 m ⋅ s−2 = 9.87 m ⋅ s−2 9.8 an : a与v的夹角为θ = arctg = arctg = 83.0 1.2 aτ
v τ θ a a an
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平动 运动 转动(特例:定轴转动) 转动(特例:定轴转动) 平动＋ 平动＋转动 平动：刚体运动时, 平动：刚体运动时,若其上任意两点连线的方向始终 不变,这种运动称为刚体的平动。可视为质点。 不变,这种运动称为刚体的平动。可视为质点。 定轴转动： 定轴转动：刚体内各质点都绕同一固定直线做圆周运 叫做刚体的定轴转动。该直线叫刚体的转轴。 动，叫做刚体的定轴转动。该直线叫刚体的转轴。 一般运动：平动与转动叠加。 一般运动：平动与转动叠加。
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现代物理学
以相对论和量子力学为代表，揭示了 微观世界和高速运动物体的规律。
经典物理学
以牛顿力学、热力学和电磁学为代表 ，建立了完整的经典物理理论体系。
大学物理学的课程目标
01
掌握物理学的基本概念和基本原理
通过学习大学物理课程，使学生掌握物理学的基本概念和基本原理，为
后续专业课程的学习打下基础。
02
气体动理论
气体分子运动论的基本假设
气体由大量分子组成，分子之间存在间隙；分子在永不停息地做无规则运动；分子之间存 在相互作用的引力和斥力。
气体压强与温度的微观解释
气体压强是由大量分子对容器壁的频繁碰撞产生的；温度是分子平均动能的标志。
气体动理论的应用
气体动理论可以解释许多宏观现象，如气体的扩散、热传导等。同时，它也为研究其他物 质的微观结构提供了重要的思路和方法。
物理学的研究方法
观察和实验
01
通过观察自然现象和进行实验研究，获取物理现象的数据和信
息。
数学建模
02
运用数学工具对物理现象进行描述和建模，以便更深入地理解
物理规律。
理论分析
03
通过逻辑推理和演绎，对物理现象进行深入分析，揭示其内在
规律。
物理学的发展历史
古代物理学
以自然哲学为主要形式，探讨宇宙的 本质和构成。
位置矢量的定义、位移的计算、路程与位移 的区别。
02
速度与加速度
平均速度与瞬时速度、平均加速度与瞬时加 速度、速度与加速度的矢量性。
04
03
01
牛顿运动定律
1 2
牛顿第一定律
惯性定律、力的概念、力的性质。
牛顿第二定律
动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律。
2024版年度《大学物理》全套教学课件(共11章完整版)
01课程介绍与教学目标Chapter《大学物理》课程简介0102教学目标与要求教学目标教学要求教材及参考书目教材参考书目《普通物理学教程》（力学、热学、电磁学、光学、近代物理学），高等教育出版社；《费曼物理学讲义》，上海科学技术出版社等。
02力学基础Chapter质点运动学位置矢量与位移运动学方程位置矢量的定义、位移的计算、标量与矢量一维运动学方程、二维运动学方程、三维运动学方程质点的基本概念速度与加速度圆周运动定义、特点、适用条件速度的定义、加速度的定义、速度与加速度的关系圆周运动的描述、角速度、线速度、向心加速度01020304惯性定律、惯性系与非惯性系牛顿第一定律动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律牛顿第二定律作用力和反作用力、牛顿第三定律的应用牛顿第三定律万有引力定律的表述、引力常量的测定万有引力定律牛顿运动定律动量定理角动量定理碰撞030201动量定理与角动量定理功和能功的定义及计算动能定理势能机械能守恒定律03热学基础Chapter1 2 3温度的定义和单位热量与内能热力学第零定律温度与热量热力学第一定律的表述功与热量的关系热力学第一定律的应用热力学第二定律的表述01熵的概念02热力学第二定律的应用03熵与熵增原理熵增原理的表述熵与热力学第二定律的关系熵增原理的应用04电磁学基础Chapter静电场电荷与库仑定律电场与电场强度电势与电势差静电场中的导体与电介质01020304电流与电流密度磁场对电流的作用力磁场与磁感应强度磁介质与磁化强度稳恒电流与磁场阐述法拉第电磁感应定律的表达式和应用，分析感应电动势的产生条件和计算方法。
法拉第电磁感应定律楞次定律与自感现象互感与变压器电磁感应的能量守恒与转化解释楞次定律的含义和应用，分析自感现象的产生原因和影响因素。
介绍互感的概念、计算方法以及变压器的工作原理和应用。
分析电磁感应过程中的能量守恒与转化关系，以及焦耳热的计算方法。
电磁感应现象电磁波的产生与传播麦克斯韦方程组电磁波的辐射与散射电磁波谱与光子概念麦克斯韦电磁场理论05光学基础Chapter01光线、光束和波面的概念020304光的直线传播定律光的反射定律和折射定律透镜成像原理及作图方法几何光学基本原理波动光学基础概念01020304干涉现象及其应用薄膜干涉及其应用（如牛顿环、劈尖干涉等）01020304惠更斯-菲涅尔原理单缝衍射和圆孔衍射光栅衍射及其应用X射线衍射及晶体结构分析衍射现象及其应用06量子物理基础Chapter02030401黑体辐射与普朗克量子假设黑体辐射实验与经典物理的矛盾普朗克量子假设的提普朗克公式及其物理意义量子化概念在解决黑体辐射问题中的应用010204光电效应与爱因斯坦光子理论光电效应实验现象与经典理论的矛盾爱因斯坦光子理论的提光电效应方程及其物理意义光子概念在解释光电效应中的应用03康普顿效应及德布罗意波概念康普顿散射实验现象与经德布罗意波概念的提典理论的矛盾测不准关系及量子力学简介测不准关系的提出及其物理量子力学的基本概念与原理意义07相对论基础Chapter狭义相对论基本原理相对性原理光速不变原理质能关系广义相对论简介等效原理在局部区域内，无法区分均匀引力场和加速参照系。
2024版大学物理PPT完整全套教学课件pptx
大学物理的研究对象和任务研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本最普遍的运动形式及其相互转化规律的学科。
作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙、小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律。
它的理论结构充分地运用数学作为自己的工作语言，以实验作为检验理论正确性的唯一标准，它是当今最精密的一门自然科学学科。
03物理学是一门以实验为基础的自然科学，观察和实验是物理学的基本研究方法，通过实验可以验证物理假说和理论，发现新的物理现象和规律。
观察和实验理想模型是物理学中经常采用的一种研究方法，它忽略了次要因素，突出了主要因素，使物理问题得到简化。
建立理想模型数学是物理学的重要工具，通过数学方法可以精确地描述物理现象和规律，推导物理公式和定理。
数学方法大学物理的研究方法学习大学物理首先要掌握基本概念和基本规律，理解它们的物理意义和适用范围。
掌握基本概念和基本规律大学物理实验是学习物理学的重要环节，通过实验可以加深对物理概念和规律的理解，培养实验技能和动手能力。
注重实验和实践学习大学物理要注重培养物理思维，即运用物理学的方法和观点去分析和解决问题的能力。
培养物理思维大学物理涉及的知识面很广，包括力学、热学、电磁学、光学、原子物理学等，因此要拓宽知识面，掌握不同领域的知识。
拓宽知识面大学物理的学习方法和要求01位置矢量与位移02位置矢量的定义和性质03位移的计算方法和物理意义010203速度的定义、种类和计算加速度的定义、种类和计算速度与加速度质点运动的描述01运动学方程与运动图像02运动学方程的建立和求解03运动图像的绘制和分析圆周运动的描述圆周运动的定义和分类圆周运动的物理量描述1 2 3匀速圆周运动匀速圆周运动的特点和性质匀速圆周运动的实例分析01变速圆周运动02变速圆周运动的特点和性质03变速圆周运动的实例分析01 02 03参考系与坐标系参考系的选择和建立坐标系的种类和应用相对速度与牵连速度相对速度的定义和计算牵连速度的定义和计算01加速度合成定理与科里奥利力02加速度合成定理的内容和应用03科里奥利力的定义、性质和应用01牛顿第一定律物体在不受外力作用时，保持静止或匀速直线运动状态。
大学物理教案电子版
课时：2课时年级：大学一年级教学目标：1. 理解弹簧振子的振动规律；2. 掌握弹簧振子的振动方程；3. 学会利用弹簧振子进行实验测量，并分析实验数据；4. 培养学生的实验操作能力和科学探究精神。
教学重点：1. 弹簧振子的振动规律；2. 弹簧振子的振动方程；3. 实验数据的处理和分析。
教学难点：1. 弹簧振子振动方程的推导；2. 实验数据的误差分析。
教学准备：1. 弹簧振子实验装置；2. 数据记录表格；3. 计算器；4. 投影仪。
教学过程：一、导入1. 提问：同学们，你们知道什么是弹簧振子吗？它有哪些特点？2. 引入弹簧振子的概念，说明弹簧振子是一种简谐振动系统。
二、新课讲授1. 弹簧振子的振动规律（1）介绍弹簧振子的基本参数：弹簧常数k、质量m、振幅A、角频率ω等；（2）推导弹簧振子的振动方程：x = A cos(ωt + φ)；（3）分析振动方程中各个参数的意义。
2. 弹簧振子的实验测量（1）介绍弹簧振子实验装置，说明实验原理；（2）讲解实验步骤，包括安装实验装置、调整弹簧振子、记录数据等；（3）强调实验注意事项，如保持弹簧振子的平衡、准确记录数据等。
三、实验操作1. 学生分组进行实验，教师巡回指导；2. 学生按照实验步骤进行操作，记录实验数据；3. 教师引导学生分析实验数据，找出误差来源。
四、数据分析与讨论1. 学生根据实验数据，利用振动方程计算弹簧常数k；2. 分析实验数据，讨论误差来源，提出改进措施；3. 教师总结实验结果，强调实验数据的处理和分析方法。
五、总结与拓展1. 总结本节课所学内容，强调弹簧振子的振动规律和实验方法；2. 提出拓展问题，引导学生思考弹簧振子在现实生活中的应用。
教学反思：1. 本节课通过实验让学生直观地了解弹簧振子的振动规律，提高了学生的学习兴趣；2. 在实验过程中，教师注重培养学生的实验操作能力和科学探究精神；3. 在数据分析与讨论环节，教师引导学生分析实验数据，培养学生的数据处理能力；4. 在总结与拓展环节，教师引导学生思考弹簧振子在现实生活中的应用，提高学生的综合素质。
大学物理学完整10PPT课件
上式还可写为： 2π
上式表明，ω是频率的2π倍，表示物体在2π秒内完成的全 振动次数，故ω称为角频率或圆频率。
周期、频率和角频率都是描述物体振动快慢的物理量。在
国际单位制中，周期的单位为秒（s）；频率的单位为赫兹（Hz ）；角频率的单位为弧度每秒（rad/s）。
对弹簧振子，由于
k m
故有：
T 2π m k
第4篇 振动与波动
第10章 机械振动
.
1
本章学习要点
简谐振动 简谐振动的合成 阻尼振动、受迫振动与共振 本章小结
.2ຫໍສະໝຸດ 10.1 简谐振动物体运动时，如果离开平衡位置的位移（或角位移）按余 弦函数或正弦函数的规律随时间变化，则这种运动称为简谐振 动。在忽略阻力的情况下，弹簧振子的振动及单摆的小角度摆 动等都可视为简谐振动。
当t＝0时，相位ωt＋φ＝φ，φ称为初相位，简称初相，它是 决定初始时刻振动物体运动状态的物理量。在国际单位制中， 相位的单位为弧度（rad）。
.
12
用相位描述物体的运动状态，还能充分体现出振动的周期 性。例如：
ωt＋φ＝0时，物体位于正位移最大处，且v＝0； ωt＋φ＝π/2时，物体位于平衡位置，且向x轴负方向运动 ，v＝ωA； ωt＋φ＝π时，物体位于负位移最大处，且v＝0； ωt＋φ＝3π/2时，物体位于平衡位置，且向x轴正方向运动 ，v＝ωA； ωt＋φ＝2π时，物体位于正位移最大处，且v＝0。
【解】以OO′为平衡位置，设逆时针转向为θ 角正向，棒在任意时刻的角位移都可用棒与OO′ 的夹角θ表示。根据题意，棒所受的重力矩为：
M1mgslin
2
.
7
当摆角θ很小时，sinθ≈θ，故
M 1mgl
大学物理电子教案(西南交大)3_1
大学物理
位置矢量的大小
r = r = 2m ′ = r ′ = 42 + (−2)2 m = 4.47m r
位置矢量的方向
y
2 P
r
O
-2
4
r′
θ′
x
Q
2 r 与 x轴夹角 θ = arctg = 90 0 −2 r ′与 x轴之间的夹角 θ ′ = arctg = −26 32′ 4
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(2) 因为 ∆ t → 0时 ， lim ∆ s = lim ∆ r ,
∆t → 0 ∆t → 0
大学物理
dr ds = =v 即 d r = d s 所以 v = dt dt
(3) 因为 ∆ r ≠ ∆ r ,
dr ≠ dr
∆r
所以
dr ds dr v = = ≠ dt dt dt
rA
O
∆ r
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大学物理
dr dx dy dz 在直角坐标系中： 在直角坐标系中： v = = i+ j+ k dt dt dt dt = vx i + v y j + vz k
速度的大小： 速度的大小：
v = vx + v y + vz
2 2
2
讨论
∆s 平均速率 v = ∆t
∆s ds 瞬时速率 v = lim = dt ∆t → 0 ∆t
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大学物理
第三定律不涉及运动，与参考系无关。 第三定律不涉及运动，与参考系无关。 甲 乙
N
m
m g
乙
a0
N
m
大学物理学ppt课件
电势差与电场强度的关系
电势的定义及计算
电势与电势差
01
03 02
静电场与恒定电场
01
静电场中的导体与电介质
02
导体的静电平衡
03
电介质的极化
静电场与恒定电场
01 02 03
恒定电场与电流 欧姆定律与焦耳定律
电流密度与电动势
恒定磁场与电磁感应
磁感应强度与磁场力
磁场对电流的作用力
磁感应强度的定义及 计算
动量与冲量的定义及性质
动量守恒定律的条件与表 达式
动量定理的推导与应用
碰撞问题中的动量守恒定 律
角动量定理与角动量守恒定律
角动量与力矩的定义及 性质
角动量守恒定律的条件 与表达式
01
02
03
角动量定理的推导与应 用
04
刚体定轴转动中的角动 量守恒定律
功、能、机械能守恒定律
功的定义及计算方法
机械能守恒定律的条件与表 达式
热力学第一定律
热力学第一定律的表述
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或 其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不 变。
热力学第一定律的数学表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统与外 界交换的热量，W表示外界对系统所做的功。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
现状
当代物理学正在探索宇宙起源、物质 反物质不对称、暗物质与暗能量等前 沿问题，同时也在发展新的理论和实 验技术。
大学物理学的课程目标
01
掌握物理学的基本概念和基本原理，理解物理现象的本 质和规律。
02
培养分析和解决物理问题的能力，掌握物理学的研究方 法和实验技能。
大学物理学(第二版)全套PPT课件
万有引力定律
任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。 该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离 的平方成反比。
机械能守恒定律
在只有重力或弹力做功的物体系统内（或者不受 其他外力的作用下），物体系统的动能和势能（ 包括重力势能和弹性势能）发生相互转化，但机 械能的总能量保持不变。
04
动量守恒与能量守恒
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
不可能从单一热源取热，使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。
热力学第二定律的数学表达式
对于可逆过程，有dS=(dQ)/T；对于不可逆过程，有dS>(dQ)/T，其中S表示熵，T表 示热力学温度。
热力学第二定律的应用
热力学第二定律揭示了自然界中宏观过程的方向性，指出了与热现象有关的实际宏观过 程都是不可逆的。同时，它也提供了判断这些过程进行方向的原则。
刚体的定轴转动中的功与能
转动功
力矩在转动过程中所做的功叫做“转动功”，它等于力矩与角位 移的乘积。
转动动能
刚体定轴转动的动能叫做“转动动能”，它等于刚体的转动惯量与 角速度平方的一半的乘积。
机械能守恒
在只有重力或弹力做功的情况下，刚体的机械能守恒，即动能和势 能之和保持不变。
06
热学基础
温度与热量
磁场的基本概念
01
磁场的定义
磁场是一种物理场，由运动电荷或电流产生，对放入其中的磁体或电流
有力的作用。
02
磁感线
用来形象地表示磁场方向和强弱的曲线，磁感线上某点的切线方向表示
该点的磁场方向。
03
磁场的性质
磁场具有方向性、强弱性和空间分布性。
安培环路定理与毕奥-萨伐尔定律
01
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间每一点电场大小的物理量，所以能量与电场存在的空间有
关，电场携带了能量。
2、电场的能量密度
定义：单位体积内的能量
e
1
2
E2
对于任意电场，本结论都是成立的。
例1、球形电容器的内、外半径分别为R1 和R2，所带的电量为±Q。若在两球之间 充满电容率为ε的电介质，问此电容器电 场的能量为多少。
R1
R2
解：若电容器两极板上电荷的分布是均匀的， 则球壳间的电场是对称的。由高斯定理可求得 球壳间的电场强度的大小为
二、切向分量
E dl 0
ABCDA
E dl E dl E dl E dl 0
AB
BC
CD
DA
E dl＝－E1tl
AB
E dl＝E2tl
E1
B
1
l A r1
h
C
2
D E2
r2
CD
E dl＝ E dl＝0
BC
DA
－E1t l E2t l 0
武警学院教学课件
大学物理学电子教案
静电场中的电介质2
9－5 静电场的能量 能量密度 9－6 静电的应用 9－7 电场的边界条件 9－8 压电效应 铁电体 驻极体
复习
•静电场中的电介质 •电位移 •电介质中的高斯定理
E＝
E0
r
D 0E P rE
D dS Q
S
9－5 静电场的能量 能量密度
)2 4r 2dr
4 2 R5 4 2 R5 4 2 R5
5 18 0 r 18 0 r
15 0 r
9－6 静电的应用
一、静电的特点
•带电体所带的静电电荷的电量都很小； •静电场所具有的能量也不大； •电压可能很高。
二、静电的应用
•范德格拉夫起电机 •静电除尘 •静电分离 •静电织绒 •静电喷漆 •静电消除器 •静电生物技术
热驻极法 电驻极法 •应用：电容传声器、拾音器、拾振器等。
小结
•静电场的能量 •能量密度
W Q2 1 CU 2 1 QU
2C 2
2
we
1 2
0 r E 2
1 2
DE
作业：
思考题：
P94 12，13，15，16
习 题：
P96 13，16，19，28
预 习：
10-1，10-2，10-3，10-4
E＝
Q
4
r
2
电场总能量为
电场的能量密度为
e
1 2
E
2＝
Q2
32 2
r4
取半径为r、厚为dr的球壳，其体
积为dV=4πr2dr。所以此体积元内
Q R2
2
We R1 8 r 2 dr
Q2
8
1 R1
1 R2
的电场的能量为
dWe
edV
Q2
32 2
r4
4r 2dr
Q2
8 r 2
dr
例2、一个球半径为R，体电荷密度为，试利用电场能量公式
一、电容器的电能
设在某时刻两极板之间的电势差为U， 此时若把+dq电荷从带负电的负极板 搬运到带正电的正极板，外力所作的 功为
dW Udq q dq C
+ +dq _
E
若使电容器的两极板分别带有±Q的电荷，则外力所作的功为
W Q q dq＝ Q2 1 QU 1 CU 2
0 C 2C 2
2
机械振荡→电振荡：送话器、电唱针、测量爆炸时的压力 电振荡→机械振荡：超声波的换能器
二、铁电体
•概念：酞酸钡等电介质的相对电容率很大，且随外加电 场而改变；当外加电场撤去以后，电介质并不称为中性， 而具有剩余极化，这一性质与铁磁质很相似，称为铁电体。 •应用：制造电容器和各种压电器件。
三、驻极体
•概念：电介质在外电场的作用下会产生极化现象；当外 加电场撤去以后，电介质能长期保持极化状态，这类能长 期保持极化状态的物体称为驻极体。 1919年由日本科学家江口元太朗制成。 •驻极体的制造方法：
界面两侧电场强度的切向分 量是连续的；电位移矢量的 切向分量是不连续的
E1t＝E2t
D1t ＝ D2t
1 2
9－8 压电效应 铁电体 驻极体
一、压电效应
•压电效应(正压电效应)：某些固体电介质，当它们发生机械形 变时，会产生极化，在它们相对的两个面上将产生异号的极化 电荷。这种因机械形变而产生的电极化现象称为压电效应。 •电致伸缩(逆压电效应)：在电场的作用下，晶体发生机械形变。 •应用：
电容器所储存的静电能
外力克服静电场力作功，
We＝
Q2 2C
1 CU 2 2
把非静电能转换为带电 体系的静电能
二、静电场的能量 能量密度
1、静电场的能量
对于极板面积为S、极板间距为d平板电容器，电场所 占的体积为Sd，电容器储存的静电能为
We
1 2
CU 2＝ 1 2
S
d
Ed 2
1 2
SE 2d
电容器所具有的能量与极板间电场E和D有关，E和D是极板
9-7 电场的边界条件
电场的边界条件给出电介质的分界面上电场中物理量所应 遵守的规律。
一、法向分量
D dS 0
S
D1S1 D2S2 0
S1 S cos1
S2 S cos2
D1 cos1 D2 cos2
D1n D2n
1E1n 2 E2n
D1 1
r1
h
2
D2Leabharlann r2在分界面上无自由电荷时，电位移 的法向分量是连续的。界面两侧电 场强度的法向分量是不连续的。
求此带电球体系统的静电能。
E1
r 3 0 r
rˆ
rR
E2
R3 3 0 r r 2
rˆ
rR
R
W
wedV
0 r E 2 dV
2
R 0 r E12 4r 2dr 0 r E22 4r 2dr
0 R
0
2 r(
r
R
)2 4r 2dr
0 2 3 0 r
2 0 r
R2
R3 ( 3 0 rr 2