2022-2023年高中物理竞赛 电介质及其极化课件

\n\n一、电介质的特点电介质放入静电场中,电介质发生极化,产生极化电荷,此电荷也要激发电场,即电场和电介质之间有相互作用和相互影响.电流不能在其中传导的物质称为电介质(绝缘体).带电粒子为束缚电荷（非自由电子）,不可定向移动.是电阻率很大、导电能力很差的物质.1．特点2．电介质由中性分子构成\n3．电介质分类（1）无极分子电介质——此类分子的等效偶极子的偶极矩,如气态的H2、O2、N2、CH4等.（2）有极分子电介质——此类分子的等效偶极.因为分子不断作无规则的热运动,子的偶极矩各个分子电偶极矩的矢量和.如气态的H2O、HCl、SO2等.\n二、电介质的极化1．无极分子的位移极化（加入外场后）在外电场的作用下,介质中的无极分子的正、负电荷“重心”作了一个微小的位移,形成一个等效电偶极子,它们都沿着外电场的方向整齐地排列.在外电场作用下,在电介质内部或表面上出现束缚电荷的现象,称为电介质的极化现象.分两种情况进行讨论.\n在均匀电介质内部空间没有极化电荷,在垂直于外场方向的电介质表面上,分别出现正、负电荷,这种电荷不能离开电介质而转移到其他带电体上,也不能在电介质内部自由运动,故称为极化电荷或束缚电荷.这些面极化电荷,产生宏观电场,显示电性.\n由于无极分子的极化在于正负电荷重心的相对位移,故称为位移极化（displacementpolarization）.在外电场中,每个分子的等效偶极子将由于力偶矩的作用而转向.2．有极分子的取向极化\n愈大,转向外场方向的程度愈大.转向方向的现象称为取向极化（orientationpolarization）.在均匀电介质内部空间没有极化电荷,在垂直于外场方向的电介质表面上,分别出现正、负极化电荷.介质内部仍显中性.（1）有极分子在外场作用下,除了发生取向极化外,还要发生位移极化,只是后者比前者弱得多；注意\n（2）两类电介质极化的微观机理不同,但宏观效果却是相同的,都是在外电场作用下,均匀电介质表面上出现极化电荷,激发宏观电场,显示电性.从宏观上研究电介质的极化以及极化后电介质对电场的影响,今后不再区分位移极化和取向极化.思考题10–10为什么带电棒能吸引轻小物体,试用介质的极化加以解释.\n三、电极化强度为了定量描述电介质内各处的极化情况,取单位体积内的电偶极矩矢量和来表征电介质极化的程度.式中称为电介质的极化强度,简称为电极化强度.它的单位是C/m2.电介质中某物理无限小体积中所有分子偶极矩矢量和与该体积ΔV之比,叫做该点（宏观点）的极化强度,记作.\n如果电介质中每一点的都相等（包括大小和方向),就是均匀极化.如果电场或电介质不均匀,则在电介质中的不同点处,极化是非均匀的.四、极化强度和电场强度的关系实验表明,对各向同性电介质,每一点的极化强度矢量与该点的场强方向相同且大小成正比,在国际单位制中称为电介质的电极化率（polarizability）.\n(极化电荷产生的电场参与后面的极化过程)（2）称为电介质的极化率,是反映电介质中每值相同,则称一点的性质的物理量.若介质中各点为均匀电介质.与束缚电荷产生的电场的矢量和,即点的总场强,且电介质中的电场应是外电荷产生的电场（1）式中并非外电场,而是极化后介质中对应说明\n五、极化电荷与极化强度的关系1．极化电荷面密度与极化强度的关系θθl整个斜柱体相当于一个电荷量q为、轴长为l的电偶极子.在介质表面某处任取一小面元dS、轴长为l、体积为dV的斜柱体,其轴线平行于极化强度.,并向介质一侧割取底面为\n斜柱体的体积是极化强度沿介质表面外法线方向的分量.的大小偶极子的偶极矩为它等于内所有分子偶极矩的矢,即量和θθl\n2．闭合面内的极化电荷总量将极化电荷总量与体积作比值,并令此体积无限趋于零即得极化电荷体密度.闭合面S所包围的极化电荷（亦即某一体积中的极化电荷总量）为负号表示留在S面内的电荷.