作用在平行板电容器中一片电介质的力

在一些物理学的教科书中,利用虚功原理计算了作用于插入平行板电容器的一片电介质的力.[1],[2]但没有从物理原因上进行分析.这就会产生这样的问题,即垂直方向的电场,怎么会有水平方向的力作用于电介质上?本文通过对于电介质受力的微观机制的分析,计算作用于这片均匀电介质的力.一、电介质受力的微观机制 在电场中的电介质要受到电场作用而极化.在平行板电容器的极板间,插入一片电介质,由于电容器边缘区不均匀电场的作用,电介质中极化的电偶极子排列也是不均匀的.图一是这种情况的示意图. 图一电容器的极板,在z方向宽w,x方向长为L. 在X=X0…     

电位移矢量仅与自由电荷有关吗?

一九八二年出版的《研究生入学物理试题汇解》一书第267页上写道:“由电介质中的高斯定理 D·ds=∑q可知,D仅与自由电荷的分布有关.用D来描写电介质中的电场时,可以不必考察束缚电荷的分布”.我认为这种提法并不恰当,例如均匀电场E0中放一中性介质球,球表面的束缚电荷产生的场E′是不均匀的,因而总场 E=E0 E′也不均匀,如图1所示.在球外的真空中,D=ε0E≠ε0E0,可见D不仅与激发E0的自由电荷的分布有关,而且也可能与束缚电荷的分布有关.原因是高斯定理只反映矢量场的一个侧面,单靠它不能把矢量场的分布完全确定下来.为了确定电位移矢量…     

多层电介质中的静电场

研究了多层电介质中的电场和电荷分布。首先讨论了三层电介质问题,发现求解该问题的关键在于找到带电介质层中零电场面的位置,提出了两种方法:直接求解法和间接求解法,给出了两种方法的共同依据。由此可以将三层电介质问题推广到多层电介质问题,该类问题一般都可以统一到最外层为无限厚介质的情况之中。指出了带电层中零电场面的位置仅由两最外层电介质决定并解释了该特性的物理机理。     

无限长均匀带电直线组电场分布的复势解法

给出无限长均匀带电直线的复势,接着讨论平行直线排列与平行环形排列两种情况下,无限长均匀带电直线组的复势与电场,并由此得出相应的电场线与等势线方程.     

对平行板电容器内介质受力计算的异议

通常计算得出的介质板部分插入到带电平行板电容器内受到的吸引力，不能反映介质受力的实际，计算过程要依赖于均匀电场而与介质受力需要非均匀电场相抵触；本文在分析计算结果的适用范围及其条件的基础上，揭示了计算结果的真实含义．     

关于均匀带电球面上电场强度的求解

由于均匀带电球面上的电场强度无法用高斯定理求出,现行大部分大学物理基础教材在讨论均匀带电球面产生的场强分布时,只用高斯定理求出了该带电系统内外空间电场的分布,并没有给出球面上场强的计算方法,只是指出在球面上场强值不连续.文章利用叠加原理和电容器能量的变化两种方法分别导出了均匀带电球面上任一点的场强值,验证了均匀带电球面的场强是不连续的,两种方法思路截然不同,但得到的结果完全相同,该结果使得高斯定理求出的均匀带电球面在空间电场分布的结论更加完整.     

平行导体板与带电直导线电场的保角变换分析

平行导体板间点电荷的静电场问题,由于其物理图像清晰,已经得到解决．平行导体平板问线电荷的静电场,可用分离变量法求解其问的电场,但比较繁琐、不直观．本文采用保角变换法分析了平行导体板和线电荷形成的静电场问题,采用指数变换与镜像法联合使用的方法,求解其间的电场分布．通过电势表达式,得到电场的解析形式,并结合Maflab画出电场线图形,最后将结果引申到平行导体板带电情况下的电势分布．     

共形映射法求无限长带电直导线的电势

沿着主轴放置的无限长均匀带电直导线在有三个两两正交主轴方向的各向异性电介质中激发的电场是二维静电场。由无限长均匀带电直导线在各向异性电介质中的电势表达式,以平面镜像法为统一模型,应用共形映射,可求解出当存在一类接地导体的边界较为复杂时其所激发的电势。     

也谈理想平行板电容器充电过程的能量传输问题

通过对理想平行板电容器充电过程中内部电场与磁场的计算,得出内部电场与磁场分布不均匀的结论,从而较圆满地解释了充电过程中的能量传输问题．     

瓣形均匀带电面和均匀带电体在其球心处的电场

在大学物理课程电磁学部分的教学中,经常会利用高斯定理研究均匀带电球面、均匀带电球体等电荷分布具有高度对称性的带电体的电场分布.对于这些均匀带电球面、均匀带电球体的一部分,比如瓣形均匀带电面和瓣形均匀带电体,利用高斯定理不能求出其电场分布,但是可以利用点电荷的电场强度公式加电场叠加原理的方法研究在一些特殊位置的电场.本文推导出了瓣形均匀带电面和瓣形均匀带电体在特殊点球心处的电场,并且进一步讨论了均匀带电半球面、球面、半球体和球体在球心处的电场.     

微元法研究均匀带电体的电场分布

以均匀无限长带电直线的电场分布为基础,运用微元法和叠加原理研究了无限大均匀带电平面和无限长均匀带电圆柱面在其周围电场分布情况。然后根据均匀带电圆环轴线上的电场分布,进一步讨论均匀圆柱面在其轴线上的电场和均匀带电球面在其周围产生的电场,所得结果与高斯定理完全符合。     

利用多边形逼近圆环的思想计算有限长均匀带电的偏轴圆筒在空间任一点的电场

根据有限长均匀带电线的电场强度解析公式以及叠加原理,用二重积分求解有限长均匀带电圆柱在空间(真空状态下)任一点的电场,借助计算机数值计算并模拟出有限长均匀带电的偏轴圆筒(即在大圆柱中挖去一个与之平行的非共轴的小圆柱空腔),在空间任一点的电场大小及方向.     

介质场能的物理诠释

引言 电场空间蕴含能量,其能量密度公式为因电位移矢量D=0E P,故介质场能密度公式含有两项姑且称第一项为纯电场能量密度第二项为极化场能密度在真空中仅有第一项,在介质体内的场能还要附加第二项. 对极化场能的出现,及其在能量转换过程中的表现,应当如何说明呢?这是一个问题.另外,在电动力学课程中可以普遍地导出(1)式,表明它既适用于各向同性介质,也适用于各向异性介质;既适用于稳恒场,也适用于交变场.而在基础物理电磁学课程中,是以平行板介质电容器的储能公式为特例,作形式上的适当改写而给出(l)式.此时仍然定义介质电容量C等于极板自…     

电场边值关系的演示

一、电分质分界面上电场的变化由于电场中电介质的极化,使得电介质界面处电场发生变化。电场在介质界面处的边值关系为 D_(1n)=D_(2n) E_(1t)=E_(2t) D_(1t)/ε_1=D_(2t)/ε_2 ε_1E_(1n)=ε_2E_(2n) (1) 很容易由(1)式及E=D/ε导出     

均匀带电半球壳轴线上的电场的深入研究及应用

带电球壳是静电场研究中的一个基本模型,在高考乃至物理竞赛中都经常涉及相关问题.半球壳相对于完整的球壳而言,由于球体的不完整,导致了此类问题难度较大,往往需要使用填补法、等效法、对称性分析等技巧来研究,但这样的研究具有特殊性、局部性,将会导致对于均匀带电半球壳轴线上的电场缺乏全面准确的理解.本文将对均匀带电半球壳轴线上的电场进行严密推导,并应用结论对经常出现的相关问题进行解释.     

测不准关系的思考实验

根据海森伯的测不准关系,同时准确地测量电磁波中电场E和磁场H是不可能的[1].现将证明此事的思考实验叙述如下. 如图一.把电容为C的平行板电容器和电感为L的螺线管互相垂直地安装成LC回路,投射. 图一是螺线管L的轴或平行板电容器C’的极板分别平行或垂直于投射偏振光的磁场H以及电场E的立体配置图.H　E以频率为ω的偏振光。使入射偏振光的电场E垂直于的极板,磁场H平行于L的轴.当LC回路对入射偏振光发生共振吸收时,也就是说,当满足关系ω=1/　时,在回路中产生突变电流I,这时在回路中储存的能量为其中Q是C的极板上的电荷;υ’,υ分别…     

点电荷场中的重力单摆及简谐振动

单摆是力学中的最基本模型,点电荷电场是电学中的最基本模型.将带电小球单摆置于点电荷电场中,带电小球既受到重力作用也受到点电荷电场的作用,由于点电荷电场是非均匀场,带电小球在重力的均匀场和点电荷的非均匀电场中摆动.本文讨论了带电小球做简谐振动的条件,发现在点电荷非均匀场中带电小球做小幅摆动仍可产生简谐运动,给出简谐振动的周期,并指出其等效场的意义.     

对一道静电学高考题解析的质疑

【题目】(2008年高考宁夏卷理综第21题)如图1所示,C为中间插有电介质的电容器,a和b为其两极板;a板接地.P和Q为两竖直放置的平行金属板,在两板间用绝缘线悬挂一带电小球.P板与b板用导线相连,Q板接地.开始时悬线静止在竖直方向,在b板带电后,悬线偏转了角度α.在以下方法中,能使悬线的偏角α变大的是A.缩小a,b间的距离B.加大a,b间的距离C.取出a,b两极板间的电介质     

两平行接地大导体板间带电圆柱体的电场及系统的电容

利用保角变换,给出两平行接地大导体板间带电圆柱体电场的分布规律,绘制其横截面上的电场线与等势线图,并计算该导体系统单位长度的电容.     

关于平行板电容器能量的讨论

讨论了平行板电容器储存的电场能和电势能, 以及带电粒子飞入两板间电场及在电场中偏转过程中能 量的转化情况, 也讨论了电势能及其变化