介质中的电场强度为
10.10 电介质内的电场强度
第十章 静电场中的导体和电介质习题解答
10-1 如题图所示，一内半径为a 、外半径为b 的金属球壳，带有电荷Q ，在球壳空腔内距离球心r 处有一点电荷q ，设无限远处为电势零点。
试求： (1) 球壳内外表面上的电荷；(2) 球心O 点处，由球壳内表面上电荷产生的电势；(3) 球心O 点处的总电势。
习题10-1图解：(1) 由静电感应，金属球壳的内表面上有感生电荷-q ，外表面上带电荷q +Q 。
(2) 不论球壳内表面上的感生电荷是如何分布的，因为任一电荷元离O 点的 距离都是a ，所以由这些电荷在O 点产生的电势为0d 4q qU aπε-=⎰aq04επ-=(3) 球心O 点处的总电势为分布在球壳内外表面上的电荷和点电荷q 在O 点产生的电势的代数和q Q q q O U U U U +-++=04qr πε=04qa πε-04Q qb πε++01114()q r a bπε=-+04Q bπε+ 10-2 有一"无限大"的接地导体板 ，在距离板面b 处有一电荷为q 的点电荷，如题图(a)所示。
试求：(1) 导体板面上各点的感生电荷面密度分布(参考题图(b))； (2) 面上感生电荷的总电荷(参考题图(c))。
习题10-2图解：(1) 选点电荷所在点到平面的垂足O 为原点，取平面上任意点P ，P 点距离原点为r ，设P 点的感生电荷面密度为．在P 点左边邻近处(导体内)场强为零，其法向分量也是零，按场强叠加原理，()220cos 024P q E r b θσεπε⊥=+=+ ∴ ()2/3222/b r qb +-=πσ (2) 以O 点为圆心，r 为半径，d r 为宽度取一小圆环面，其上电荷为 ()3222d d d //Q S qbr r r bσ==-+q Q a bO r()q brrr qb S Q S-=+-==⎰⎰∞2322d d /σ10-3 如题图所示，中性金属球A ，半径为R ，它离地球很远．在与球心O 相距分别为a 与b 的B 、C 两点，分别放上电荷为A q 和B q 的点电荷，达到静电平衡后，问： (1) 金属球A 内及其表面有电荷分布吗？(2) 金属球A 中的P 点处电势为多大？(选无穷远处为电势零点)B C R AP Oq A q Bba习题10-3图解：(1) 静电平衡后，金属球A 内无电荷，其表面有正、负电荷分布，净电荷为零． (2) 金属球为等势体，设金属球表面电荷面密度为． ()()000d 4=4////AP A B S U U S R q a q a σπεπε==⋅+⎰⎰∵d 0AS S σ⋅=⎰⎰∴ ()()04///P A B U q a q a πε=+10-4 三个电容器如题图联接，其中C 1 = 10×10-6 F ，C 2 = 5×10-6 F ，C 3 = 4×10-6 F ，当A 、B 间电压U =100 V 时，试求：(1) A 、B 之间的电容；(2) 当C 3被击穿时，在电容C 1上的电荷和电压各变为多少？ABC 1C 2 C 3U习题10-4图解：(1) =+++=321321)(C C C C C C C 3.16×10-6 F(2) C 1上电压升到U = 100 V ，电荷增加到==U C Q 111×10-3 C10-5 一个可变电容器，由于某种原因所有动片相对定片都产生了一个相对位移，使得两个相邻的极板间隔之比为2:1，问电容器的电容与原来的电容相比改变了多少？(a) (b)习题10-5图解：如图所示，设可变电容器的静片数为n ，定片数为1-n ，标准情况下，极板间的距离为d （图a ），极板相对面积为S 。
大连理工大学大学物理作业5(静电场五)及答案详解
2．一平行板电容器中充满相对介电常数为r ε的各向同性均匀电介质。
已知介质表面极化电荷面密度为σ'±，则极化电荷在电容器中产生的电场强度的大小为[ ]。
.A0σε' .B 02σε' .C 0r σεε' .D rσε' 答案：【A 】解：极化电荷也是一种电荷分布，除不能自由移动和依赖于外电场而存在外，与自由电荷没有区别。
在产生静电场方面，它们的性质是一样的。
在电容器中，正是极化电荷的存在，产生的静电场与自由电荷产生的静电场方向相反，使得电容器中总的电场强度减弱，提高了电容器储存自由电荷的能力，电容器的电容增大。
或者说，储存等量的自由电荷，添加电介质后，电场强度减弱，电容器两极的电势差减小，电容器的电容增大。
正负极化电荷产生的电场强度的大小都是0/2εσ，方向相同，所以，极化电荷产生的电场的电场强度为0/εσ。
3．在一点电荷产生的静电场中，一块电介质如图5-1放置，以点电荷q 所在处为球心作一球形闭合面，则对此球形闭合面[ ]。
.A 高斯定理成立，且可用它求出闭合面上各点的场强 .B 高斯定理成立，但不能用它求出闭合面上各点的场强 .C 由于电介质不对称分布，高斯定理不成立 .D 即使电介质对称分布，高斯定理也不成立答案：【B 】解：静电场的高斯定理，是静电场的基本规律。
无论电场分布（电荷分布）如何，无论有无电介质，也无论电介质的分布如何，都成立。
但是，只有在电场分布（电荷分布和电介质分布），在高斯面上（内）具有高度对称时，才能应用高斯定理计算高斯面上的电场强度。
否则，只能计算出穿过高斯面的电通量。
图示的高斯面上，电场强度分布不具有高度对称性，不能应用高斯定理计算高斯面上的电场强度。
4．半径为1R 和2R 的两个同轴金属圆筒，其间充满着相对介电常数为r ε的均匀介质。
设两圆筒上单位长度带电量分别为λ+和λ-，则介质中的电位移矢量的大小D = ，电场强度的大小E = 。
川师大学物理第十章 静电场中的导体和电介质习题解
第十章 静电场中的导体和电介质10–1 如图10-1所示，有两块平行无限大导体平板，两板间距远小于平板的线度，设板面积为S ，两板分别带正电Q a 和Q b ，每板表面电荷面密度σ1= ，σ2= ，σ3= ，σ4= 。
解：建立如图10-2所示坐标系，设两导体平板上的面电荷密度分别为σ1，σ2，σ3，σ4。
由电荷守恒定律得12a S S Q σσ+= （1）34b S S Q σσ+= （2）设P ，Q 是分别位于二导体板内的两点，如图10-2所示，由于P ，Q 位于导板内，由静电平衡条件知，其场强为零，即3124000002222P E σσσσεεεε=---= （3）3124000002222Q E σσσσεεεε=++-= （4） 由方程（1）~（4）式得142abQ Q Sσσ+== （5） 232a bQ Q Sσσ-=-= （6） 由此可见，金属平板在相向的两面上（面2，3），带等量异号电荷，背向的两面上（面1，4），带等量同号电荷。
10–2 如图10-3所示，在半径为R 的金属球外距球心为a 的D 处放置点电荷+Q ，球内一点P 到球心的距离为r ，OP 与OD 夹角为θ，感应电荷在P 点产生的场强大小为 ，方向 ；P 点的电势为 。
解：（1）由于点电荷+Q 的存在，在金属球外表面将感应出等量的正负电荷，距+Q 的近端金属球外表面带负电，远端带正电，如图10-4所示。
P 点的场强是点电荷+Q 在P 点产生的场强E 1，与感应电荷在P 点产生的场强E 2的叠加，即E P =E 1+E 2，当静电平衡时，E P =E 1+E 2=0，由此可得21r 2204π(2cos )Qa r ar εθ=-=-+-E E e其中e r 是由D 指向P 点。
因此，感应电荷在P 点产生的场强E 2的大小为图10–4xσ2 4σQQ aQ b 图10-2σ1σ2 σ4σ3 Q a Q b图10-1图10-322204π(2cos )QE a r ar εθ=+-方向是从P 点指向D 点。
电磁学练习(库仑定律、电场强度 (2))
电容和电容器一．选择题一个平行板电容器，充电后与电源断开，当用绝缘手柄将电容器两极板间距离拉大，则两极板间的电势差、电场强度的大小E 、电场能量W 将发生如下变化：()A 12U 减小，E 减小，W 减小； ()B 12U 增大，E 增大，W 增大；()C 12U 增大，E 不变，W 增大； ()D 12U 减小，E 不变，W 不变。
答案： ()C将一空气平行板电容器接到电源上充电到一定电压后，断开电源.再将一块与极板面积相同的金属板平行地插入两极板之间，则由于金属板的插入及其所放位置的不同，对电容器储能的影响为：()A 储能减少，但与金属板位置无关； ()B 储能减少，且与金属板位置有关；()C 储能增加，但与金属板位置无关； ()D 储能增加，且与金属板位置有关。
答案：()A一平行板电容器始终与电压一定的电源相联。
当电容器两极板间为真空时，电场强度为0E，电位移为0D ，而当两极板间充满相对介电常量为r 的各向同性均匀电介质时，电场强度为E ，电位移为D ，则()A r E E /0，0D D ； ()B 0E E ，0D D r； ()C r E E /0 ，r D D /0 ； ()D 0E E ，0D D。
答案：()B将1C 和2C 两空气电容器串联起来接上电源充电。
然后将电源断开，再把一电介质板插入1C 中，则()A 1C 上电势差减小，2C 上电势差增大； ()B 1C 上电势差减小，2C 上电势差不变； ()C 1C 上电势差增大，2C 上电势差减小； ()D 1C 上电势差增大，2C 上电势差不变。
答案：()B两个半径相同的金属球，一为空心，一为实心，把两者各自孤立时的电容值加以比较，则 ()A 空心球电容值大； ()B 实心球电容值大； ()C 两球电容值相等； ()D 大小关系无法确定。
答案：()C1C 和2C 两空气电容器并联以后接电源充电，在电源保持联接的情况下，在1C 中插入一电介质板，则()A 1C 极板上电量增加，2C 极板上电量减少；()B 1C 极板上电量减少，2C 极板上电量增加；()C 1C 极板上电量增加，2C 极板上电量不变；()D 1C 极板上电量减少，2C 极板上电量不变。
大学物理电介质内的电场强度
目
CONTENCT
录
• 引言 • 电介质基础知识 • 电介质内的电场强度概念 • 电介质内的电场强度分布 • 电介质内的电场强度与物理现象 • 总结与展望
01
引言
主题简介
电场强度是描述电场中电场力作用强弱的物理量，其大小表示电 场中单位点电荷所受的静电力，方向与正电荷在该点所受的静电 力方向相同。
总结词
电场强度是电磁能量转换的重要参数， 影响电磁波的传播和吸收。
VS
详细描述
在电磁波传播过程中，电场强度是描述电 磁波能量的重要参数。不同频率和方向的 电磁波在介质中传播时，会与介质内的分 子相互作用，将电磁能转换为热能或其他 形式的能量。电场强度越大，电磁波的能 量越强，对介质的加热和吸收效果也越明 显。
03
电介质内的电场强度概念
电场强度的定义与计算
定义
电场强度是描述电场中电场力作用强 弱的物理量，用E表示。
计算
电场强度的大小等于单位电荷在该点所 受的电场力，计算公式为E=F/q，其中 F为点电荷所受的电场力，q为点电荷的 电量。
电场强度与电介质的关系
电介质对电场的影响
在电场中，电介质中的电场强度与真 空中的电场强度不同，因为电介质中 的电荷会受到束缚，使得电介质中的 电场分布和强度发生变化。
详细描述
在电力系统中，电介质起着绝缘作用，保证电气设备的 安全运行。在储能技术中，电介质用于储存电能，如电 解电容器的使用。此外，在电磁波传播方面，电介质如 玻璃、聚乙烯等是重要的传输媒介。在静电场和恒定磁 场中，电介质对场的影响可忽略不计，但在交变电磁场 中，特别是在高频电磁场中，电介质对场的影响不可忽 略，此时需要在原有电磁场方程中增加描述电场和磁场 能量与电介质有关的项，从而得到更精确的电磁场理论 。
大学物理(第四版)课后习题及答案_电介质
电解质题8.1：一真空二极管，其主要构件是一个半径R 1 = 5.0⨯10-4 m 的圆柱形阴极和一个套在阴极外，半径m 105.432-⨯=R 的同轴圆筒形阳极。
阳极电势比阴极电势高300 V ，阴极与阳极的长度均为L = 2.5⨯10-2 m 。
假设电子从阴极射出时的速度为零。
求：（1）该电子到达阳极时所具有的动能和速率；（2）电子刚从阳极射出时所受的力。
题8.1分析：（1）由于半径L R <<1，因此可将电极视作无限长圆柱面，阴极和阳极之间的电场具有轴对称性。
从阴极射出的电子在电场力作用下从静止开始加速，电于所获得的动能等于电场力所作的功，也即等于电子势能的减少。
由此，可求得电子到达阳极时的动能和速率。
（2）计算阳极表面附近的电场强度，由E F q =求出电子在阴极表面所受的电场力。
解：（1）电子到达阳极时，势能的减少量为J 108.417ep -⨯-=-=∆eV E由于电子的初始速度为零，故 J 108.417ep ek ek -⨯=∆-=∆-E E E因此电子到达阳极的速率为17eks m 1003.122-⋅⨯===meVmE v （2）两极间的电场强度为r 02e E r πελ-=两极间的电势差1200ln 2d 2d 2121R R r r V R R R R πελπελ-=-=⋅=⎰⎰r E 负号表示阳极电势高于阴极电势。
阴极表面电场强度r 121r 10ln 2e e E R R R V R =-=πελ电子在阴极表面受力N e E F r 141037.4-⨯=-=e这个力尽管很小，但作用在质量为9.11⨯10－31 kg 的电子上，电子获得的加速度可达重力加速度的5⨯1015倍。
题8.2：一导体球半径为R 1，外罩一半径为R 2的同心薄导体球壳，外球壳所带总电荷为Q ，而内球的电势为V 0。
求此系统的电势和电场的分布。
题8.2分析：不失一般情况，假设内导体球带电q ，导体达到静电平衡时电荷的分布如图所示，依照电荷的这一分布，利用高斯定理可求得电场分布。
《大学物理学》习题解答静电场中的导体和电介质
根据球形电容器的电容公式，得：
C
4 0
R1R2 R2 R1
4.58102 F
【12.7】半径分别为 a 和 b 的两个金属球，球心间距为 r（r>>a，r>>b），今用一根电容可忽略的细导线将 两球相连，试求：（1）该系统的电容；（2）当两球所带的总电荷是 Q 时，每一球上的电荷是多少？
【12.7 解】由于 r a ， r b ，可也认为两金属球互相无影响。
以相对电容率 r ≈1 的气体。当电离粒子通过气体时，能使其电离，若两极间有电势差时，极间有电流，
从而可测出电离粒子的数量。若以 E1 表示半径为 R1 的长直导体附近的电场强度。（1）求两极间电势差的
关系式；（2）若 E1 2.0 106 V m1 , R1 0.30 mm , R2 20.00 mm , 两极间的电势差为多少？
， (R2
r) ；
外球面的电势 内外球面电势差
VR2
R2
E3 dr
Q1 Q2 4 0 R2
U
VR2
VR1
R2 R1
E2
dr
Q1 4 0
(1 R1
1) R2
可得：
Q1 6 109 C ， Q2 4 109 C
【12.4】如图所示，三块平行导体平板 A，B，C 的面积均为 S，其中 A 板带电 Q，B，C 板不带电，A 和 B 间相距为 d1,A 和 C 之间相距为 d2,求（1）各导体板上的电荷分布和导体板间的电势差；（2）将 B，C 导体 板分别接地，再求导体板上的电荷分布和导体板间的电势差。
第 12 章 静电场中的导体和电介质
【12.1】半径为 R1 的金属球 A 位于同心的金属球壳内，球壳的内、外半径分别为 R2、R3 （ R2 R3 ）。
《电磁场》复习题A
《电磁场》复习题A一、填空题1、描述电场对于电荷作用力的物理量叫做______________。
2、E线和等位面之间的关系是______________，和电场强度关系是______________。
3、静电场中的折射定律是______________。
4、静电场边界条件中的自然边界条件是______________。
5、静电场中，虚位移法求静电力的两个公式是______________、______________。
6、恒定磁场中的分界面衔接条件是______________、______________。
7、恒定磁场的泊松方程为______________。
8．材料能够安全承受的最大电场强度称为___________。
9．平板电容器的板面积增大时，电容量___________。
10．在均匀媒质中，电位函数满足的偏微分方程称为___________。
11．深埋于地下的球形导体接地体，其半径越大，接地电阻越___________。
12．多匝线圈交链磁通的总和，称为___________。
13．恒定磁场中的库仑规范就是选定矢量磁位A的散度为___________。
14．磁通连续性定理的微分形式是磁感应强度B的散度等于___________。
15．正弦电磁波在单位长度上相角的改变量称为___________。
16．电磁波的传播速度等于___________。
17．电场能量等于电场建立过程中外力所做的___________。
二、选择题1．两点电荷所带电量大小不等，则电量大者所受作用力（）A．更大B．更小C．与电量小者相等D．大小不定2．静电场中，场强大处，电位（）A．更高B．更低C．接近于零D．高低不定3．A 和B 为两个均匀带电球，S 为与A 同心的球面，B 在S 之外，则S 面的通量与B 的（ ）A ．电量及位置有关B ．电量及位置无关C ．电量有关、位置无关D ．电量无关、位置有关4．一中性导体球壳中放置一同心带电导体球，若用导线将导体球与中性导体球壳相联，则导体球的电位（ ）A ．会降低B ．会升高C ．保护不变D ．变为零5．相同场源条件下，均匀电介质中的电场强度值为真空中电场强度值的（） A ．ε倍 B ．εr 倍C ．倍ε1D ．倍r1ε6．导电媒质中的恒定电流场是（ ）A ．散度场B ．无散场C ．旋度场D ．无旋场7．在恒定电场中，电流密度的闭合面积分等于（ ）A ．电荷之和B ．电流之和C ．非零常数D ．零8．电流从良导体进入不良导体时，电流密度的切向分量（ ）A ．不变B ．不定C ．变小D ．变大9．磁感应强度B 的单位为（ ）A ．特斯拉B ．韦伯C ．库仑D ．安培10．如果在磁媒介中，M 和H 的关系处处相同，则称这种磁媒质为（ ）A ．线性媒质B ．均匀媒质C ．各向同性媒质D ．各向异性媒质三、名词解释1、非极性分子2、体电流密度3、恒定磁场4、时变场5、动生电动势四、简答题1、什么是唯一性定理？2、什么是传导电流、什么是运流电流，什么是位移电流。
电磁场与电磁波复习题
文档解密：6cL4SsoDTwyFgJ电磁场与电磁波复习题一、填空1、球坐标系的坐标变量分别为半径r，角度φ，角度θ。
2、散度处处为零的场称为无散场，旋度处处为零的场称为无旋场。
3、无极分子的极化称为位移极化，有极分子的极化称为取向。
4、真空中的恒定电流场是无旋无散场。
5、任一标量场梯度的旋度一定等于0。
6、线性各向同性的均匀介质，极化的本构关系为D=ε E ，磁化的本构关系为βμH ，导电介质的本构关系为J=σE 。
7、恒定磁场的两种磁介质分界面处，磁感应强度的法向分量一定连续。
8、传导电流是指电子离子在导体或液体中形成的电流。
9、均匀平面波的电场强度和磁场强度之比，称为电磁波的___波阻抗_____________。
10、散度定理的公式∮sAds=∫r(∆A)dr 。
11、真空中的恒定磁场是有旋无散场。
12、复能流密度矢量的实部代表流动，虚部代表交换。
13、电磁波的频率描述相位随时间的变化特性, 而波长描述相位随空间的变化特性。
14、根据介质中束缚电荷的分布特性，介质分子可以分为有极分子和无极分子。
15、恒定磁场是有旋无散场。
16、电磁波的周期是描述相位随时间的变化特性，而波长是描述相位随空间的变化特性。
17、复数形式的麦克斯韦方程组是__________________，____________________,________________,___________________。
18、均匀平面波的电场和磁场振幅之比等于__波阻抗_______。
19、损耗媒质的本征阻抗为_②_____（①实数，②复数），损耗媒质又称为_____散媒介____。
20、理想介质分界面两侧电场强度E满足的关系是_E1t=E2t__________，电位移矢量D满足的关系是___D1n=D2n___________。
21、已知介质中有恒定电流分布J，则介质中磁场强度H与J的关系为_D×H=J__________，磁感应强度B的散度为__∆·B=0____________。
电磁学复习题
电磁学复习题《电磁学》复习习题集一、多项选择题1对位移电流，有下述四种说法，哪一种说法正确()(a)位移电流的本质是变化的电场．(b)位移电流是由线性变化磁场产生的．(c)位移电流的热效应服从焦耳─楞次定律．(d)位移电流的磁效应不服从安培环路定理．2对于高斯曲面s，如果有???e?ds?0s则有()（a）高斯平面上每个点的场强必须为零（b）高斯平面上不得有电荷（c）高斯平面上不得有净电荷（d）高斯平面外不得有电荷3关于高斯定理的理解有下面几种说法，其中正确的是()? E（a）如果高斯平面上到处都是零，那么平面上一定没有电荷；？（b）如果高斯平面上没有电荷，那么高斯平面上的E在任何地方都是零；？（c）如果e在高斯平面上不是处处为零，那么高斯平面上一定有电荷；（d）如果高斯平面中存在净电荷，则通过高斯平面的电场强度通量不得为零。
4.如图所示，导体垂直于纸张，导体中感应电流的方向如图所示，则导体的运动方向为（）(a)向上；(b)向下；(c)向右；(d)向左。
奈斯5已知一系列相同电阻r，按图所示连接，则ab间等效电阻()拉布？（a）拉布？2r（b）rab??1?5?r2A.（c）3r2（d）rab??B6以下关于静电场的陈述是正确的（）a.电场和检验电荷同时存在同时消失；b.由?? EFQ知道电场强度与测试电荷成反比；c.电场的存在与检验电荷无关；d.电场是检验电荷和源电荷共同产生的.7关于等位面有以下陈述，正确的是（）a.等位面上的电位、电场均处处相等；b.电位为零的地方没有等位面；c.等位面密的地方电场强、电位也高；d、当电荷沿等位面移动时，每个点的势能相等。
8在电场中，高斯平面上每个点的电场强度由（）确定(a)分布在高斯面内的电荷决定的；(b)分布在高斯面外的电荷决定的；(c)空间所有电荷决定的；(d)高斯面内电荷代数和决定的。
9.真空中有一均匀带电的球体和一均匀带电的球面，如果它们的半径和所带的总电量相等，则（）（a）球体的静电能等于球体的静电能；（b）球体的静电能大于球体的静电能；(c)球体的静电能小于球面的静电能；(d)不能确定。
电动力学《电磁现象的普遍规律》习题附答案
1. 半径为a 的球形区域内充满分布不均匀的体密度电荷，设其体密度为ρ（r ）。
若已知电场分布为e r (r 3+Ar 2) r≤ae r (a 5+Aa 4)r -2 r>a 式中的A 为常数，试求电荷体密度ρ（r ）。
解 0<r ≤a ()()[]Ar r Ar r r rr E r r r E r45112232222+=+∂∂=∂∂=⋅∇ r >a ()()[]0112452222=+∂∂=∂∂=⋅∇-r Aa a r rr E r r r E r 是一个电荷球体，球内电荷密度()Ar r 4520+=ερ 总的电荷量()[]()45002024454Aa a dr Ar r r Q a+=+=⎰πεεπ因此球外电场为204re Q E rπε=2. 海水的电导率σ=4 S/m ,相对介电常数εr =81。
求频率f=1MH z 时，海水中的位移电流与传导电流的振幅之比。
解 设传导电流密度cos m J E J t σω== 位移电流200sin r r D m D JJ J t A m t t εεωεεωσσ∂∂===-∂∂61202108.8510481r D J J ωεεπσ-⨯⨯⨯⨯==3. 自由空间的磁场强度为H =e x H m cos(ωt -kz)A/m ,式中的k 为常数。
试求位移电流密度和电场强度。
E =()sin x x D y z m y H H DJ H e e kH t kz e t z yω∂∂∂==∇⨯=-=-∂∂∂ ()0011sin m y E H kH t kz e t ωεε∂=∇⨯=-∂ 对t 积分得()01cos m y E kH t kz e ωεω=--4. 铜的电导率σ=5.8×107S/m ，相对介电常数εr =1。
设铜中的传导电流密度为J =e x J m cosωt A/m 2。
试证明在无线电频率范围内铜中的位移电流与传导电流相比是可以忽略的。
大学物理静电场中的导体和电介质习题答案
第13章 静电场中的导体和电介质P70．13．1 一带电量为q ，半径为r A 的金属球A ，与一原先不带电、内外半径分别为r B 和r C 的金属球壳B 同心放置，如图所示，则图中P 点的电场强度如何？若用导线将A 和B 连接起来，则A 球的电势为多少？（设无穷远处电势为零）[解答]过P 点作一个同心球面作为高斯面，尽管金属球壳内侧会感应出异种，但是高斯面内只有电荷q ．根据高斯定理可得 E 4πr 2 = q /ε0， 可得P 点的电场强度为204q E rπε=．当金属球壳内侧会感应出异种电荷-q 时，外侧将出现同种电荷q ．用导线将A 和B 连接起来后，正负电荷将中和．A 球是一个等势体，其电势等于球心的电势．A 球的电势是球壳外侧的电荷产生的，这些电荷到球心的距离都是r c ，所以A 球的电势为04cq U r πε=．13．2 同轴电缆是由半径为R 1的导体圆柱和半径为R 2的同轴薄圆筒构成的，其间充满了相对介电常数为εr 的均匀电介质，设沿轴线单位长度上导线的圆筒的带电量分别为+λ和-λ，则通过介质内长为l ，半径为r 的同轴封闭圆柱面的电位移通量为多少？圆柱面上任一点的场强为多少？[解答]介质中的电场强度和电位移是轴对称分布的．在内外半径之间作一个半径为r 、长为l 的圆柱形高斯面，根据介质中的高斯定理，通过圆柱面的电位移通过等于该面包含的自由电荷，即 Φd = q = λl ．设高斯面的侧面为S 0，上下两底面分别为S 1和S 2．通过高斯面的电位移通量为d d SΦ=⋅⎰D S12d d d 2S S S rlD π=⋅+⋅+⋅=⎰⎰⎰D S D S D S ，可得电位移为 D = λ/2πr ， 其方向垂直中心轴向外．电场强度为 E = D/ε0εr = λ/2πε0εr r ， 方向也垂直中心轴向外．13．3 金属球壳原来带有电量Q ，壳内外半径分别为a 、b ，壳内距球心为r 处有一点电荷q ，求球心o 的电势为多少？[解答]点电荷q 在内壳上感应出负电荷-q ，不论电荷如何分布，距离球心都为a ．外壳上就有电荷q+Q ，距离球为b ．球心的电势是所有电荷产生的电势叠加，大小为000111444o q q Q qU r a bπεπεπε-+=++13．4 三块平行金属板A 、B 和C ，面积都是S = 100cm 2，A 、B 相距d 1 = 2mm ，A 、C 相距d 2 = 4mm ，B 、C 接地，A 板带有正电荷q = 3×10-8C ，忽略边缘效应．求（1）B 、C 板上的电荷为多少？图14.3图14.4（2）A板电势为多少？[解答](1)设A的左右两面的电荷面密度分别为σ1和σ2，所带电量分别为q1 = σ1S和q2 = σ2S，在B、C板上分别感应异号电荷-q1和-q2，由电荷守恒得方程q = q1 + q2 = σ1S + σ2S．①A、B间的场强为E1 = σ1/ε0，A、C间的场强为E2 = σ2/ε0．设A板与B板的电势差和A板与C板的的电势差相等，设为ΔU，则ΔU = E1d1 = E2d2，②即σ1d1 = σ2d2．③解联立方程①和③得σ1 = qd2/S(d1 + d2)，所以q1 = σ1S = qd2/(d1+d2) = 2×10-8(C)；q2 = q - q1 = 1×10-8(C)．B、C板上的电荷分别为q B= -q1 = -2×10-8(C)；q C= -q2 = -1×10-8(C)．(2)两板电势差为ΔU = E1d1 = σ1d1/ε0 = qd1d2/ε0S(d1+d2)，由于k = 9×109 = 1/4πε0，所以ε0 = 10-9/36π，因此ΔU = 144π= 452.4(V)．由于B板和C板的电势为零，所以U A = ΔU = 452.4(V)．13．5 一无限大均匀带电平面A，带电量为q，在它的附近放一块与A平行的金属导体板B，板B有一定的厚度，如图所示．则在板B的两个表面1和2上的感应电荷分别为多少？[解答]由于板B原来不带电，两边感应出电荷后，由电荷守恒得q1 + q2 = 0．①虽然两板是无限大的，为了计算的方便，不妨设它们的面积为S，则面电荷密度分别为σ1 = q1/S、σ2 = q2/S、σ = q/S，它们产生的场强大小分别为E1 = σ1/ε0、E2 = σ2/ε0、E = σ/ε0．在B板内部任取一点P，其场强为零，其中1面产生的场强向右，2面和A板产生的场强向左，取向右的方向为正，可得E1 - E2–E = 0，即σ1 - σ2–σ= 0，或者说q1 - q2 + q = 0．②解得电量分别为q2 = q/2，q1 = -q2 = -q/2．13．6 两平行金属板带有等异号电荷，若两板的电势差为120V，两板间相距为1.2mm，忽略边缘效应，求每一个金属板表面的电荷密度各为多少？[解答]由于左板接地，所以σ1 = 0．由于两板之间的电荷相互吸引，右板右面的电荷会全部吸引到右板左面，所以σ4 = 0．由于两板带等量异号的电荷，所以σ2 = -σ3．两板之间的场强为E = σ3/ε0，而 E = U/d，所以面电荷密度分别为σ3 = ε0E = ε0U/d = 8.84×10-7(C·m-2)，σ2 = -σ3 = -8.84×10-7(C·m-2)．13．7 一球形电容器，内外球壳半径分别为R1和R2，球壳与地面及其他物体相距很远．将内球用细导线接地．试证：球面间电容可用公式202214RCR Rπε=-表示．（提示：可看作两个球电容器的并联，且地球半径R>>R2）[证明]方法一：并联电容法．在外球外面再接一个半径为R3大外球壳，外壳也接地．内球壳和外球壳之间是一个电容器，电容为P2图14.5图14.61210012211441/1/R R C R R R R πεπε==--外球壳和大外球壳之间也是一个电容器，电容为2023141/1/C R R πε=-．外球壳是一极，由于内球壳和大外球壳都接地，共用一极，所以两个电容并联．当R 3趋于无穷大时，C 2 = 4πε0R 2．并联电容为12120022144R R C C C R R R πεπε=+=+-202214R R R πε=-． 方法二：电容定义法．假设外壳带正电为q ，则内壳将感应电荷q`．内球的电势是两个电荷产生的叠加的结果．由于内球接地，所以其电势为零；由于内球是一个等势体，其球心的电势为0201`044q q R R πεπε+=，因此感应电荷为12`R q q R =-． 根据高斯定理可得两球壳之间的场强为122002`44R q q E r R rπεπε==-， 负号表示场强方向由外球壳指向内球壳．取外球壳指向内球壳的一条电力线，两球壳之间的电势差为1122d d R R R R U E r =⋅=⎰⎰E l121202()d 4R R R qr R rπε=-⎰ 1212021202()11()44R q R R q R R R R πεπε-=-= 球面间的电容为202214R q C U R R πε==-．13．8 球形电容器的内、外半径分别为R 1和R 2，其间一半充满相对介电常量为εr 的均匀电介质，求电容C 为多少？[解答]球形电容器的电容为120012211441/1/R R C R R R R πεπε==--．对于半球来说，由于相对面积减少了一半，所以电容也减少一半：0121212R R C R R πε=-．当电容器中充满介质时，电容为：0122212r R R C R R πεε=-．由于内球是一极，外球是一极，所以两个电容器并联：01212212(1)r R R C C C R R πεε+=+=-．13．9 设板面积为S 的平板电容器析板间有两层介质，介电常量分别为ε1和ε2，厚度分别为d 1和d 2，求电容器的电容．[解答]假设在两介质的介面插入一薄导体，可知两个电容器串联，电容分别为C 1 = ε1S/d 1和C 2 = ε2S/d 2． 总电容的倒数为122112*********d d d d C C C S S Sεεεεεε+=+=+=， 总电容为 122112SC d d εεεε=+．13．10 圆柱形电容器是由半径为R 1的导线和与它同轴的内半径为R 2的导体圆筒构成的，其长为l ，其间充满了介电常量为ε的介质．设沿轴线单位长度导线上的电荷为λ，圆筒的电荷为-λ，略去边缘效应．求：（1）两极的电势差U ；（2）介质中的电场强度E 、电位移D ； （3）电容C ，它是真空时电容的多少倍？[解答]介质中的电场强度和电位移是轴对称分布的．在内外半径之间作一个半径为r 、长为l 的圆柱形高斯面，侧面为S 0，上下两底面分别为S 1和S 2．通过高斯面的电位移通量为d d SΦ=⋅⎰D S12d d d 2S S S rlD π=⋅+⋅+⋅=⎰⎰⎰D S D S D S ，高斯面包围的自由电荷为 q = λl ， 根据介质中的高斯定理 Φd = q ， 可得电位为 D = λ/2πr ， 方向垂直中心轴向外．电场强度为 E = D/ε = λ/2πεr ， 方向也垂直中心轴向外．取一条电力线为积分路径，电势差为21d d d 2R LLR U E r r r λπε=⋅==⎰⎰⎰E l 21ln 2R R λπε=． 电容为 212ln(/)q lC U R R πε==． 在真空时的电容为00212ln(/)l q C U R R πε==， 所以倍数为C/C 0 = ε/ε0．13．11 在半径为R 1的金属球外还有一层半径为R 2的均匀介质，相对介电常量为εr ．设金属球带电Q 0，求：（1）介质层内、外D 、E 、P 的分布； （2）介质层内、外表面的极化电荷面密度．[解答]（1）在介质内，电场强度和电位移以及极化强度是球对称分布的．在内外半径之间作一个半径为r 的球形高斯面，通过高斯面的电位移通量为2d d 4d SSD S r D Φπ=⋅==⎰⎰D S高斯面包围的自由电荷为q = Q 0， 根据介质中的高斯定理 Φd = q ， 可得电位为 D = Q 0/4πr 2， 方向沿着径向．用矢量表示为D = Q 0r /4πr 3．电场强度为E = D /ε0εr = Q 0r /4πε0εr r 3， 方向沿着径向．由于 D = ε0E + P ， 所以 P = D - ε0E = 031(1)4rQ rεπ-r． 在介质之外是真空，真空可当作介电常量εr = 1的介质处理，所以D = Q 0r /4πr 3，E = Q 0r /4πε0r 3，P = 0． （2）在介质层内靠近金属球处，自由电荷Q 0产生的场为E 0 = Q 0r /4πε0r 3；极化电荷q 1`产生的场强为E` = q 1`r /4πε0r 3；总场强为 E = Q 0r /4πε0εr r 3． 由于 E = E 0 + E `，解得极化电荷为 `101(1)rq Q ε=-，介质层内表面的极化电荷面密度为``01122111(1)44r Q q R R σπεπ==-． 在介质层外表面，极化电荷为``21q q =-，面密度为``02222221(1)44r Q q R R σπεπ==-．13．12 两个电容器电容之比C 1:C 2 = 1:2，把它们串联后接电源上充电，它们的静电能量之比为多少？如果把它们并联后接到电源上充电，它们的静电能之比又是多少？[解答]两个电容器串联后充电，每个电容器带电量是相同的，根据静电能量公式W = Q 2/2C ，得静电能之比为W 1:W 2 = C 2:C 1 = 2:1． 两个电容器并联后充电，每个电容器两端的电压是相同的，根据静电能量公式W = CU 2/2，得静电能之比为W 1:W 2 = C 1:C 2 = 1:2． 13．13 一平行板电容器板面积为S ，板间距离为d ，接在电源上维持其电压为U ．将一块厚度为d 相对介电常量为εr 的均匀介电质板插入电容器的一半空间内，求电容器的静电能为多少？[解答]平行板电容器的电容为C = ε0S/d ，当面积减少一半时，电容为C 1 = ε0S /2d ； 另一半插入电介质时，电容为C 2 = ε0εr S /2d ．两个电容器并联，总电容为C = C 1 + C 2 = (1 + εr )ε0S /2d ，静电能为W = CU 2/2 = (1 + εr )ε0SU 2/4d ． 13．14 一平行板电容器板面积为S ，板间距离为d ，两板竖直放着．若电容器两板充电到电压为U 时，断开电源，使电容器的一半浸在相对介电常量为εr 的液体中．求：（1）电容器的电容C ；（2）浸入液体后电容器的静电能； （3）极板上的自由电荷面密度．[解答]（1）如前所述，两电容器并联的电容为C = (1 + εr )ε0S /2d ． （2）电容器充电前的电容为C 0 = ε0S/d ， 充电后所带电量为 Q = C 0U ． 当电容器的一半浸在介质中后，电容虽然改变了，但是电量不变，所以静电能为W = Q 2/2C = C 02U 2/2C = ε0SU 2/(1 + εr )d ． （3）电容器的一半浸入介质后，真空的一半的电容为 C 1 = ε0S /2d ；介质中的一半的电容为 C 2 = ε0εr S /2d ． 设两半的所带自由电荷分别为Q 1和Q 2，则Q 1 + Q 2 = Q ． ① 由于C = Q/U ，所以U = Q 1/C 1 = Q 2/C 2． ② 解联立方程得01112211/C U C QQ C C C C ==++， 真空中一半电容器的自由电荷面密度为00112122/2(1/)(1)r C U U Q S C C S dεσε===++． 同理，介质中一半电容器的自由电荷面密度为0021222(/1)(1)r r C U UC C S dεεσε==++．13．15 平行板电容器极板面积为200cm 2，板间距离为1.0mm ，电容器内有一块1.0mm 厚的玻璃板(εr = 5)．将电容器与300V 的电源相连．求：（1）维持两极板电压不变抽出玻璃板，电容器的能量变化为多少？（2）断开电源维持板上电量不变，抽出玻璃板，电容器能量变化为多少？[解答]平行板电容器的电容为C 0 = ε0εr S/d ，静电能为 W 0 = C 0U 2/2． 玻璃板抽出之后的电容为C = ε0S/d ．（1）保持电压不变抽出玻璃板，静电能为 W = CU 2/2， 电能器能量变化为ΔW = W - W 0 = (C - C 0)U 2/2 = (1 - εr )ε0SU 2/2d = -3.18×10-5(J)． （2）充电后所带电量为 Q = C 0U ， 保持电量不变抽出玻璃板，静电能为W = Q 2/2C ，电能器能量变化为2000(1)2C C U W W W C ∆=-=- 20(1)2r r SU dεεε=-= 1.59×10-4(J)．13．16 设圆柱形电容器的内、外圆筒半径分别为a 、b ．试证明电容器能量的一半储存在半径R =[解答]设圆柱形电容器电荷线密度为λ，场强为 E = λ/2πε0r ， 能量密度为 w = ε0E 2/2， 体积元为 d V = 2πrl d r ， 能量元为 d W = w d V ．在半径a 到R 的圆柱体储存的能量为20d d 2VVW w V E V ε==⎰⎰2200d ln 44Ral l R r r a λλπεπε==⎰．当R = b 时，能量为210ln 4l b W aλπε=；当R =22200ln48l l b W aλλπεπε==，所以W 2 = W 1/2，即电容器能量的一半储存在半径R =13．17 两个同轴的圆柱面，长度均为l ，半径分别为a 、b ，柱面之间充满介电常量为ε的电介质（忽略边缘效应）．当这两个导体带有等量异号电荷(±Q )时，求：（1）在半径为r (a < r < b )、厚度为d r 、长度为l 的圆柱薄壳中任一点处，电场能量体密度是多少？整个薄壳层中总能量是多少？（2）电介质中总能量是多少（由积分算出）？（3）由电容器能量公式推算出圆柱形电容器的电容公式？[解答]（1）圆柱形内柱面的电荷线密度为 λ = Q/l ，根据介质是高斯定理，可知电位移为D = λ/2πr = Q /2πrl ，场强为 E = D/ε = Q /2πεrl ， 能量密度为w = D ·E /2 = DE /2 = Q 2/8π2εr 2l 2．薄壳的体积为d V = 2πrl d r ， 能量为 d W = w d V = Q 2d r /4πεlr ．（2）电介质中总能量为22d d ln 44bV aQ Q bW W r lr l a πεπε===⎰⎰．（3）由公式W = Q 2/2C 得电容为222ln(/)Q lC W b a πε==．13．18 两个电容器，分别标明为200PF/500V 和300PF/900V ．把它们串联起来，等效电容多大？如果两端加上1000V 电压，是否会被击穿？[解答]当两个电容串联时，由公式211212111C C C C C C C +=+=， 得 1212120PF C C C C C ==+．加上U = 1000V 的电压后，带电量为Q = CU ，第一个电容器两端的电压为U1 = Q/C1 = CU/C1 = 600(V)；第二个电容器两端的电压为U2 = Q/C2 = CU/C2 = 400(V)．由此可知：第一个电容器上的电压超过它的耐压值，因此会被击穿；当第一个电容器被击穿后，两极连在一起，全部电压就加在第二个电容器上，因此第二个电容器也接着被击穿．。
电磁场理论试卷(手动组卷11)
44．(3分)某平板空气电容器与恒定电压源相连接。现在平板电容器中插入一层相对介电常数为 的介质板，如图所示。由于介质板的击穿场强 大于空气中的击穿场强 ，故可以提高平板电容器的耐压。
45．(10分)相互不接触的两个带电导体均带有正的净电荷，若空间无其他带电导体，则至少有一个导体的表面电荷面密度处处为正。
23．(3分)如图所示，点电荷 ，它们放在正方形的四个顶点上，正方形边长为 ，若以无穷远处为参考点，则正方形中心点 处的电位为零。
24．(2分)空气中有一边长为 的正六角形，六个顶点都放有点电荷，如图所示，则正六角形中心点O处的电场强度 为零。
25．(3分)均匀介质中标量函数 是静电场中无电荷体密度分布的区域中的电位。
9．(3分)板间介质为空气的平行板电容器与恒定电压源相连，设此时板间面与极板平面垂直。忽略端部的边缘效应，此时电容器极板间空气的场强为 ，介质中的场强为 。
10．(3分)板间介质为空气的平行板电容器与恒定电压源相连后，空气中的电场强度为 ，现将电压源移开，再将该电容器的一半空间填以相对介电常数 的电介质，且保持介质分界面与极板面平行。忽略端部的边缘效应，此时电容器极板间空气半的电场强度为 ，介质中的电场强度为 。
38．(3分)一块带电导体，在表面电荷面密度为 的地方，有一个直径很小的空气小洞，则靠近导体表面处，洞中的电场强度 。
39．(4分)图示一长直圆柱形电容器，内、外圆柱导体间充满介电常数为 的电介质，当内外导体间充电到 后，拆去电压源，然后将 介质换成 的介质，则两导体间的电压将增加。
40．(3分)一个点电荷 位于直角坐标 ，另一个点电荷 位于直角坐标 ，则有限空间中没有电场强度 的点。
电介质内部电场强度公式
电介质内部电场强度公式概述电介质是指具有良好绝缘性能的物质，它在外电场作用下会发生极化现象，形成内部电场。
电介质内部电场强度是描述这种极化效应的重要参数，它对电介质的导电性和电容性质有着重要影响。
本文将详细介绍关于电介质内部电场强度的公式及其相关概念。
电介质的极化现象当电介质置于外电场中时，分子或原子的电荷会发生重新分布，使得电介质内出现自发电偶极矩。
这种现象被称为电介质的极化。
在极化状态下，电介质内部产生了电场强度，即电介质内部电场强度。
电介质的电化学位移矢量电介质的电化学位移矢量表示了电介质内部电场强度引起的电荷移动情况。
它定义为单位体积内的电荷移动量。
电化学位移矢量与电介质的极化强度有关，通常用符号$\ma th bf{P}$表示。
电介质中的电极化强度矢量电介质中的电极化强度矢量表示了单位面积内的极化电荷量。
它与电介质内部电场强度成正比。
电极化强度矢量用符号$\ma th bf{P}$表示。
电介质的电极化率和极化率电极化率是描述电介质对电场极化效应的量度，用符号$\va re ps il on$表示。
它定义为电极化强度矢量与电场强度之间的比值。
极化率是电介质对电场响应能力的指标，用符号$\c hi$表示。
极化率与电极化率之间的关系为$\c hi=\va re ps il o n-1$。
电介质内部电场强度公式的推导根据电场的叠加原理，电介质内的总电场强度等于外电场强度和极化电荷引起的电场强度的矢量和。
设外电场强度矢量为$\m at hbf{E}$，电介质中的电极化强度矢量为$\m at hb f{P}$，则电介质内部的电场强度$\ma th bf{E}_i$可以表示为：$$\m at hb f{E}_i=\f r ac{1}{\v ar ep sil o n_0}(\ma th bf{E}+\m at h b f{P})$$其中，$\v ar ep si lo n_0$是真空中的介电常数。
电介质的相对介电常数电介质的相对介电常数表示了电介质对电场的响应能力相对于真空的倍数，用符号$\va re p si lo n_r$表示。
大连理工大学大学物理静电场习题
05静电场11．关于电场强度定义式，下列说法中哪个是正确的？[ ] A ．场强E v的大小与试探电荷0q 的大小成反比。
B ．对场中某点，试探电荷受力F v与0q 的比值不因0q 而变。
C ．试探电荷受力F v 的方向就是场强E v的方向。
D ．若场中某点不放试探电荷0q ，则0F =v ，从而0E =v。
2．一个质子，在电场力作用下从A 点经C 点运动到B 点，其运动轨迹如图所示，已知质点运动的速率是递增的，下面关于C 点场强方向的四个图示哪个正确？[ ]3．带电量均为q +的两个点电荷分别位于X 轴上的a +和a -位置，如图所示，则Y 轴上各点电场强度的表示式为E v= ，场强最大值的位置在y = 。
4．如图所示，在一无限长的均匀带点细棒旁垂直放置一均匀带电的细棒MN 。
且二棒共面，若二棒的电荷线密度均为λ+，细棒MN 长为l ，且M 端距长直细棒也为l ，那么细棒MN 受到的电场力为 。
答5．用不导电的细塑料棒弯成半径为R 的圆弧，两端间空隙为l ()l R <<，若正电荷Q 均匀分布在棒上，求圆心处场强的大小和方向。
6．如图所示，将一绝缘细棒弯成半径为R 的半圆形，其上半段均匀带有电荷Q ，下半段均匀带有电量Q -，求半圆中心处的电场强度。
7．线电荷密度为 的“无限长”均匀带电细线，弯成图示形状，若圆弧半径为R，试求O 点的场强。
8．一个金属球带上正电荷后，质量有所增大？减小？不变？9．以点电荷为中心，半径为R的球面上，场强的大小一定处处相等吗？05静电场2q+从高斯面外P移到R处()OP OR=，O为S上一点，则[ ].A穿过S的电通量eφ发生改变，O处Ev变.Beφ不变，Ev变。
.Ceφ变，Ev不变。
.Deφ不变，Ev不变。
2．半径为R的均匀带电球面上，电荷面密度为σ，在球面上取小面元S∆，则S∆上的电荷受到的电场力为[ ]。
.A 0 .B22Sσε∆.C2Sσε∆.D224SRσπε∆3．如图所示，一个带电量为q的点电荷位于立方体的A角上，则通过侧面abcd的电场强度通量等于[ ]。
第三章 静电场中的电介质习题及答案
第三章 静电场中的电介质 一、判断题1、当同一电容器内部充满同一种均匀电介质后，介质电容器的电容为真空电容器的r ε1倍。
×2、对有极分子组成的介质，它的介电常数将随温度而改变。
√3、在均匀介质中一定没有体分布的极化电荷。
（内有自由电荷时，有体分布） ×4、均匀介质的极化与均匀极化的介质是等效的。
×5、在无限大电介质中一定有自由电荷存在。
√6、如果一平行板电容器始终连在电源两端，则充满均匀电介质后的介质中的场强与真空中场强相等。
√7、在均匀电介质中，如果没有体分布的自由电荷，就一定没有体分布的极化电荷。
√8、在均匀电介质中，只有P为恒矢量时，才没有体分布的极化电荷。
P =恒矢量 0=∂∂+∂∂+∂∂z P y P x P zy x⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=zP y P x P z y x p ρ×9、电介质可以带上自由电荷，但导体不能带上极化电荷。
√10、电位移矢量D仅决定于自由电荷。
×11、电位移线仅从正自由电荷发出，终止于负自由电荷。
√12、在无自由电荷的两种介质交界面上，P fE E 线连续，线不连续。
(其中，f E 为自由电荷产生的电场，p E 为极化电荷产生的电场)√13、在两种介质的交界面上，当界面上无面分布的自由电荷时，电位移矢量的法向分量是连续的。
√14、在两种介质的交界面上，电场强度的法向分量是连续的。
× 15、介质存在时的静电能等于在没有介质的情况下，把自由电荷和极化电荷从无穷远搬到场中原有位置的过程中外力作的功。
× 16、当均匀电介质充满电场存在的整个空间时，介质中的场强为自由电荷单独产生的场强的r ε分之一。
√二、选择题1. 一平行板真空电容器，充电到一定电压后与电源切断，把相对介质常数为r ε的均匀电介质充满电容器。
则下列说法中不正确的是：（A ） 介质中的场强为真空中场强的r ε1倍。
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或▽φ, 因此
E
电磁场与电磁波
第三章 静电场
例 3 – 8 试求电偶极子电场的电场强度与电位。
图 3 - 12 电偶极子
电磁场与电磁波
第三章 静电场
［解］采用球坐标系, 设原点在电偶极子的中心, 并让z轴与电
偶极子轴重合。我们先求远离电偶极子任一点P(r, θ, φ)的电位,
RP R
E dl
RP R
q
4 0R2
rˆ dl
q RP dR q RP
4 0 R R2 4 0R R
q q
4 0R 4 0RP
电磁场与电磁波
若令RP→∞, 则
q 4 0R
第三章 静电场
图 3 - 7 求单个点电荷电场的电位
电磁场与电磁波
第三章 静电场
(2) n个点电荷电场中的电位: 应用叠加原理, 对每
个点电荷计算电位, 且均取无穷远处为参考点, 则可
得
n
n
i
i 1
i 1
qi
4 0Ri
(3) 体、 面、 线电荷场中的电位: 同样利用叠加原理, 可得 ;
体电荷: 面电荷: 线电荷:
v dv
A
电得荷能在量等, 即位面上移动时E,
电场 既不对电荷作功, dl 0
亦不会获
图 3 - 6 同轴线和带状线的等位面与电力线图
电磁场与电磁波
第三章 静电场
例 3.4 试求点电荷、体电荷、面电荷和线电荷产生 的电场中的电位分布。
［解］ (1) 单个点电荷q的电场中任一点的电位:
1
s
0
V sdv
s1 E外 ds
s2
E内
dS
1
0
(s
)S
电磁场与电磁波
第三章 静电场
0
E内xˆ
( xˆ )S
sS 0
故求得两极板间电场强度
E
s
xˆ
(V / m)
0
例 3.2 设有一电荷均匀分布的无限长细直导线, 线密度是ρl(C/m
荷密度与真空中介电常数的比值
散度与场源的关系
电磁场与电磁波
第三章 静电场
例 3.1 设有二块无限大带电平行平面, 面上分别带有
均匀电荷, 上极板电荷密度是-ρs(C/m2), 下极板为 +ρs(C/m2), 两极板间距离为d(m), 如图3 - 3所示。试 求平行板内、外各点的电场强度E。
图 3 - 3 平行导体板间的电场
E dl _____ E dl _____ E dl
l
AmB
BnA
_____ E dl _____ E dl 0
AmB
AnB
_____ E dl _____ E dl
AmB
AnB
电场力作功与路径无关
试求空间各点的电场强度E。
E
ds
ll
Eˆ
s
(S柱ˆ )
E
l
0 E 2l
ˆ
ll 0
2 0
图 3 - 4 用高斯定理计算细直导线的E
电磁场与电磁波
第三章 静电场
二、静电场的旋度, 守恒定理
静电场本身满足能量守恒特性, 因为在电荷分布稳
定情况下, 它没有提供能量的机构, 能量状态是恒定的,
电磁场与电磁波
第三章 静电场
§3.1 静电场的基本方程
微分形式:
E 0
H 0
D
v
B 0
积分形式:
l
E
dl
0
H dl 0
l
D
ds
s
V vd
sB ds 0
一、真空中静电场的散度, 高斯定理
真空中的高斯定理可表述为: 真空中的电场强度的闭合
电磁场与电磁波
第三章 静电场
因为r>>2l, 故将r1、r2用二项式定理展开, 并略去高阶小项,
r1 r l cos ,
r2 r l cos
V 4 0R
s ds
S 4 0R
l dl
l 4 0R
电磁场与电磁波
二、电位梯度
第三章 静电场
图 3 - 11 求电位梯度
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第三章 静电场
设在静电场中沿任一方向l, 将单位正电荷从等位面φA移动一 很小距离dl至等位面φB上的一点, 如图3 - 11所示, 则单位正电荷
这个特性称为静电场守恒定理。
l E(r) dl 0
微分形式：
E(r) 0
意义：说明任何静电荷产生的电场, 其电场强度矢量E的 旋度恒等于零, 静电场是无旋场。 静电场的电力线不可能 是闭合曲线。
电磁场与电磁波
第三章 静电场
§3.2 电位, 电位梯度和电位方程
一、电位
BA d E dl Eldl
即
El
d
dl
因为电场强度矢量与等位面正交, 所以等位面上任一点的场
强只有法向分量。 因此当l沿等位面的法线方向取向时, 则得到
E
n
电磁场与电磁波
第三章 静电场
上式为电位φ沿法线方向的变化率, 该方向也是变化率最大的方
向。根据第一章, 我们已经知道大小等于 ( / l)ma,x 沿 / n 获
再由E=-▽φ求电场强度。
设电位参考点在无限远处, 则P点的电位等于+q和-q在该点电
位之和, 表示式为
q
4
0
1 r1
1 r2
q
4
0
r2 r2 r1r2
r1 [r2 l2 2rl cos ]1/2 r2 [r2 l2 2rl cos ]1/2
结论：静电场中电场力作的功与路径无关, 只取决于始点
和终点的位置, 所以静电场是保守场, 也称位场。
从A点到B点的电位差：U AB A B
E dl ______
AmB
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第三章 静电场
设B点为参考点P, 令其电位为零, 则
P
A( )
E dl
面积分等于面内所包围电荷总电量与ε0的比值, 其数
学表示式为
E
ds
Q
s
0
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第三章 静电场
E
ds
Q
s
0
E(r)
ds
1
s
0
V v (r)dv
真空中高斯定理的微分形式
E(r)
v (r)
0
意义：场中任一点上电场强度E的散度等于该点的体电