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本课件讨论有导体和电介质时的静电场,含同心球壳电容器、球形导体与空腔连接的静电能、静电平衡时平行导体板的电荷分布,以及两种介质各占一半的平行板电容器计算。
(承上页)第10章有导体和电介质时的静电场
1.金属球A与同心球壳B组成电容器,球A上带电荷q,壳B上带电荷Q,测得球与壳间电势差为UAB,可知该电容器的电容值为:
2.球形导体,带电量q,置于一任意形状的空腔导体中,当用导线将两者连接后,则与未连接前相比系统静电场能将
5.真空中,半径为R1和R2的两个导体球,相距很远,则两球的电容之比C1/C2=___,当用细长导线将两球相连后,电容C=___,今给其带电,平衡后两球表面附近场强之比E1/E2=___,
6.如图所示,把一块原来不带电的金属板B,移近一块已带有正电荷Q的金属板A,平行放置,设两板面积都是S,板间距是d,忽略边缘效应,当B板不接地时,两板间电势差UAB=___,B板接地时UAB=___。
7.半径为R的金属球,接电源充电后断开电源,这时它储存的电场能量为5×10-5。今将该球与远处一个半径也是R的导体球B用细导线连接,则A球储存的电场能量变为___.8.如6题图所示,A、B为靠得很近的两块平行的大金属平板,两板的面积均为S,板间的距离为d。今使A板带电量为qA,B板带电量为qB,且qa>qB,则A板的内侧带电量为___.两板间电势差UAB=___.9.一空气平行板电容器,两极板间距为d,极板上带电量分别为+q和-q,板间电势差为U。在忽略边缘效应的情况下,板间场强大小为,若在两板间平行地插入一厚度为t(t〈d〉的金属板,则板间电势差为,此时电容值等于。
10.半径分别为R1和R2(R1>R2)的两个同心导体薄球壳,分别带电量Q1和Q2,今将内球壳用细导线与远处的半径为r的导体球相连,导体球原来不带电,求相连后导体球所带电量。
11.两个相距很远可看作孤立的导体球,半径均为10cm,分别充电至200V和400V,然3题图
3.半径分别为R和r的两个金属球,相距很远,用一根细长导线将两球连接在一起并使它们带电,在忽略导线的影响下,两球表面的电荷面密度之比σR/σr为:
4.一平行板电容器充电后,与电源断开,然后再充满相对介电常数为εr的各向同性均匀电介质。则其电容C、两板间电势差U12及电场能量We与充介质前比较将发生如下变化:B1题图AAB+Q
(承上页)后用一根细导线连接两球,使之达到等电势,计算变为等势体的过程中,静电力所作的功。
12.两块“无限大”平行平面带电导体板,证明:静电平衡时1相向两面的电荷面密度总是大小相等、符号相反;2相背两面的电荷面密度总是大小相等、符号相同。
13.两导体球A、B,半径分别为R1=0.5m,R2=1.0m,中间以导线连接,两球外分别包以内半径为R=1.2m的同心导体球壳(与导线绝缘)并接地,导体间的介质均为空气。已知:空气的击穿场强为3×106V/m,今使A、B两球所带电量逐渐增加,计算:(1)此系统何处首先被击穿?(2)击穿时两球所带的总电量Q为多少?(设导线本身不带电,且对电场无影响)
14.半径分别为a和b的两个金属球,它们的间距比本身线度大得多,今用一细导线将两者相连接,并给系统带上电荷Q,求:(1)每个球上分配到的电荷是多少?(2)按电容定义式,计算此系统的电容。
15.图所示,一内半径a、外半径为b的金属球壳,带有电量Q在球壳空腔内距离球心r处有一点电荷q,设无穷远处为电势零点,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点处的电势。
16.空气中有一半径为R的孤立导体球,令无限远处电势为零,试计算:1该导体球的电容;2球上所带电荷为Q时储存的静电能;3若空气的击穿场强为Eg,导体球上能储存的最大电荷值。
17.如图示,两个同心导体球壳,其间充满相对介电常数为εr的各向同性均匀电介质外球壳以外为真空,内球壳半径为R1,带电量为Q1,外球壳内、外半径分别R2和R3,带电量为Q2ρ1求整个空间的电场强度E的表达式,并定性画出场强大小的径向分布曲线;2求电介质中电场能量的表达式。
18.如图示一电容器由三片面积均为S=6.0cm2的金属箔组成,相邻两箔间的距离都是d=0.10mm,外面两箔片联在一起为一极,中间箔片作为另一极。1求电容C;2当在这电容器上加U=220V电压时,三箔片上的电荷面密度各是多少?
19.两根平行“无限长”均匀带电直导线,相距为d,导线半径都是R(d»R),导线上电荷线密度分别为+λ和-λ,求该导体组单位长度的电容。
20.设想电荷Q在真空中均匀分布在一半径为R的球体内,求这电荷分布的电场能量。
21.在一不带电的金属球旁,有一点电荷+q,金属球半径为R,求1金属球上感应电荷在球心处产生的电场强度E及此时球心处的电势U;2若将金属球接地,球上的净电荷为何?已知+q与金属球心间距离为r。
22.A、B为靠得很近的两块平行的大金属板,板的面积为S,板间距为d,使A、B板分别带电为qA、qB,且qA>qB。求:(1)A板内侧的带电量;(2)两板间的电势差。
21.带电为q、半径为R1的导体球,其外同心地放一金属球壳,球壳内外半径为R2、R3。1把球壳接地后再绝缘,求球壳的电荷及球壳内外电势分布;2再把内球接地,求内球的电荷及外球壳的电势。12rr
23.平行板电容器,极板面积为S,板间距为d。相对介电常数分别为ε、ε的两种电质各充满板间的一半,1此电容器带电后,两介质所对的极板上自由电荷面密度是否相等?2此时介质内的D是否相等?3此电容器的电容多大?
24.一空气平行板电容器,上极板固定,下极板悬空。极板面积为S,板间距为d,极板质量为m。问当电容器两极板间加多大电压时,下极板才能保持平衡?(忽略边缘效应)
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