电介质物理》课程教学大纲

《电介质物理》课程教学大纲

课程编号：c150001

先修课程：《固体物理》、《电动力学》

一、课程性质和任务

该课程为电子材料与元器件专业本科教学的专业基础课，也是本专业考研专业课程

之一。系统掌握材料物理的基本理论和分析手段，为今后材料科学的基础研究和实际生产建立理论基础。

二、教学内容和要求

1．理论教学（52学时）

在了解静电学基本定律的基础上，掌握在直流下电介质的宏观与微观极化机理，分析并讨论极化的共同规律，分别讨论各种形式极化的机理并得到各自所遵循的规律；了解复介电常数ε*的概念，熟练掌握得拜松弛极化与损耗理论，讨论ε′、ε″及tgδ的频率和温度关系；着重掌握电介质中的离子电导，包括本征离子电导与杂质离子电导各自遵循的规律，一般了解电介质的电子电导；了解电介质击穿的机理，包括本征性的电击穿、热击穿及放电击穿，掌握气体放电、小桥理论及固体瓦格纳热击穿的机理和理论。

2．实验教学（12学时）

实验一：测量电介质介电常数及损耗角正切的温度特性

实验二：测量电介质介电常数及损耗角正切的频率特性

实验三：测试铁电介质的自发极化与温度和电场强度的关系

实验四：有机电介质绝缘电阻的测量

通过实验让学生加深对电介质物理理论的理解，并掌握电介质测量技术和基本原理。

三、教材和参考资料

1．教材：《电介质物理导论》，李翰如编著，成都科大

2．参考资料：

①《电介质物理学》，Γ.h.斯卡娜维

②《电介质理论基础》，孟中岩、姚熹，西交大

③《电介质物理学》（法）R.科埃略

课程应掌握的知识点

1. 掌握在直流下电介质的宏观与微观极化机理及理论；

2. 掌握德拜方程、松弛极化与损耗理论；

3. 掌握电介质的离子电导和胶粒电导的内在规律；

4. 掌握气体放电、液体小桥理论及固体瓦格纳热击穿理论。

课程的重点、难点

1. 基本概念：电介质、偶极矩、极化强度、有效电场、极化率（电子位移、离子

位移、偶极矩转向极化、热离子极化）、自发极化、铁电效应、压电效应、热释电效应、复介电常数、介质的损耗与损耗角正切、弛豫现象与吸收电流、电击穿与热击穿。

2. 基本理论：宏观与微观极化理论；洛沦兹有效电场模型与克-莫方程；翁萨格

模型及方程；交变电场下的德拜方程及物理意义；气体介质的自持放电理论；

液体介质的本征离子与胶粒华尔顿理论；瓦格纳热击穿理论。

课程的学习方法指导

电介质物理是以电介质为研究对象的一门学科，它从物理学科中分离出来成为一门独立的分支，是近几十年的事，其研究内容是揭示电介质基本特性（如：电极化ε、损耗tgδ、电导γ和击穿E b）的物理本质，探讨电介质在电场作用下所发生的物理过程与电介质的结构、组成之间关系的规律性，课程的内容设置也是紧紧围绕着电介质材料的这四参数展开的。在学习中应抓做这一特点，弄清楚这四大参数导出的相关模型及基本理论，结合教材中的应用实例加深理解，便能很好地学好电介质物理。

大学物理B课程教学大纲

《大学物理B(2)》课程教学大纲一、课程基本信息

第5章：真空中的静电场课程内容： 1、电荷和电场库仑定律 2、电场强度场强的叠加原理连续分布电荷的场强 3、电场线电通量高斯定理高斯定理的应用 4、静电场力做功电势能电势电势差电势的叠加原理场强与电势的关系※ 5、电偶极子 6. 电流和电流密度欧姆定律电动势基本要求： 1、掌握电场强度和电势的概念以及场的叠加原理。 2、掌握用叠加原理计算简单的典型的场源所产生的电场强度和电势。 3、理解高斯定理和环路定律，能熟练地用高斯定理求具有特殊对称性分布电荷的场强。 4、掌握电场力的功与电势差和移动电荷之间的关系。 5、理解电场是保守力场。 6、掌握电势与场强的积分关系。 7、了解解电场线、等势面的概念。 8、了解场强和电势梯度的关系。 9、了解电偶极子，电偶极矩的概念。 10、理解电流、电流密度、电动势的概念。 11、掌握欧姆定律本章重点： 1、电场强度和电势的概念、场的叠加原理。 2、掌握高斯定理和环路定律的应用 3、会计算电场力的功。 4、电流密度、欧姆定律本章难点： 1、利用叠加原理计算简单的典型的场源所产生的电场强度和电势。 2、用高斯定理求具有特殊对称性分布电荷的场强。模块分类及要求:

※第6章：静电场中的导体和电介质课程内容： 1、静电场中的导体 2、静电场中的电介质 3、电位移有电介质时的高斯定理 4、电容电容器 5、静电场的能量能量密度 6、静电的应用基本要求： 1、理解导体静电平衡条件及导体表面电荷分布。 2、掌握电容的定义及其物理意义，能计算平板、球、圆柱形电容器的电容。 3、了解电介质极化的微观解释和极化强度矢量。 4、理解电介质中的高斯定理和各向同性介质中电位移与电场强度的关

电介质物理习题

思考题第一章 1.1 什么是电介质的极化？表征介质极化的宏观参数是什么？ 1.2 什么叫退极化电场？如何用极化强度P 表示一个相对介电常数为r ε的平行板介质电容器的退极化电场、平均宏观电场、电容器极板上充电电荷所产生的电场。 1.3 氧离子的半径为m 101032.1-?，计算氧的电子位移极化率。 1.4 在标准状态下，氖的电子位移极化率为2101043.0m F ??- 。试求出氖的相对介电常数。 1.5 试写出洛伦兹有效电场表达式。适合洛伦兹有效电场时，电介质的介电常数ε和极化率α有什么关系？其介电常数的温度系数的关系式又如何表示。 1.6 若用1E 表示球内极化粒子在球心所形成的电场，试表示洛伦兹有效电场中1E ＝0时的情况。 1.7 试述K －M 方程赖以成立的条件及其应用范围。 1.8 有一介电常数为ε的球状介质，放在均匀电场E 中。假设介质的引入不改变外电场的分布，试证： e E E 23+= ε 1.9 如何定义介电常数的温度系数？写出介电常数的温度系数、电容量温度系数的数学表达式。 1.10 列举一些介质材料的极化类型，以及举出在给中不同的频率下可能发生的极化形式。 1.11 什么是瞬间极化、缓慢式极化？它们所对应的微观机制各代表什么？ 1.12 设一原子半径为R 的球体，电子绕原子核均匀分布，在外电场E 作用下，原子产生弹性位移极化，试求出其电子位移极化率。答案参考课本简原子结构模型中关于电子位移极化率的推导方法。

1.13 一平行板真空电容器，极板上的自由电荷密度为σ,现充以介电系数为r ε的介质。若极板上的自由电荷面密度保持不变，则真空时：平行板电容器的场强E ＝______，电位移D ＝______，极化强度P______；充以介质时：平行板电容器的场强E ＝______，电位移D ＝______，极化强度P______，极化电荷所产生的场强______。 1.14 为何要研究电介质中的有效电场？有效电场指的是什么？它由哪几部分组成？写出具体的数学表达式。 1.15 氯化钠型离子晶体在电场作用下将发生电子、离子的位移极化。试解释温度对氯化钠型离子晶体的介电常数的影响。 1.16 试用平板介质电容器的模型（串、并联形式），计算复合介质的介电系数（包括双组分、多组分）。 1.17 一平行板真空电容器，极板上的电荷面密度为26/1077.1m C -?=σ。现充以相对介电常数9=r ε的介质，若极板上的自由电荷密度保持不变，计算真空和介质中的E 、P 、D 为多少？束缚电荷产生的场强为多少？ 1.18 一平行板介质电容器，其板间距离cm d 1=，210cm s =，介电系数ε＝2，外界V 5.1的恒压电源。求电容器的电容量C ；极板上的自由电荷q ；束缚电荷q '；极化强度P ；总电矩μ；真空时的电场0E 以及有效电场Ee 。 1.19 边长为10mm 、厚度为1mm 的方形平板介质电容器，其电介质的相对介电系数为2000，计算相应的电容量。若电容器外接V 200的电压，计算：（1）电介质中的电场；（2）每个极板上的总电量；（3）存储在介质电容器中的能量。 1.20 试说明为什么TiO 2晶体具有较高的r ε。 1.21 列举一些材料的极化类型以及在各种频率下所能发生的极化形式。

大学物理实验课程教学大纲

大学物理实验课程教学大纲课程名称：大学物理实验英文名称：College Physics Experiment 实验课程编号：110309 课程性质：基础必修课课程属性：工科各专业本科生必修教材名称：《大学物理实验》实验指导书名称：（无）课程总学时：56 实验总学时：56 开设实验项目数：17 总学分：3.5 应开实验学期：一年级第2学期，二年级第1学期适用专业：工科各专业本科生先修课程：高等数学本大纲主撰人：凌亚文审核人：王占民一、课程的目标及基本要求物理学是一门实验科学。物理规律的发展及其理论的建立，都必须以严格的物理实验为基础，并受到实验的检验。为了适应社会飞速发展的要求，需要培养大量有创造性的工程技术人才。为此要求工科大学毕业生，不仅要具有较宽广的基础理论知识，而且还要具有能从事现代科学实验的较强能力。物理实验是学生入学后，受系统实验技能训练的开端，是一系列实验训练的重要基础。因此，在整个物理学的教学过程中，必须十分注意实验技能的训练，物理实验应与理论教学具有同等重要的地位，而不是作为理论课的附属环节。二、课程实验的目的要求在一定的物理知识和中学物理实验的基础上，对学生进行实验方法和技能的基础训练。要求学生弄懂实验原理，了解一些物理量的测量方法。要求学生熟悉常用仪器的基本原理和性能, 并了解使用方法。要求学生能够正确记录、处理实验数据，分析判断实验结果，并能写出比较完整的实验报告。培养和提高学生观察、分析实验现象的本领和独立工作能力。并通过实验中的观察、测量和分析，加深对物理学中某些概念、规律和理论的理解。培养学生严肃认真的工作作风，实事求是的科学态度和爱护国家财产、遵守纪律的优良品德。三、适用专业工科各专业本科生。四、实验方式与基本要求西安建筑科技大学负责人：史彭

《大学物理A》教学大纲

《大学物理A》课程教学大纲课程编号：90902008 学时：96 学分：6 适用专业：材料成型及控制工程、电气工程及其自动化、机械电子工程、机械设计制造及其自动化、电子信息工程、通信工程开课部门：基础教学部一、课程的性质与任务大学物理课程是我校工科专业的一门专业基础课，具有实验性强的特点。通过本课程的学习，使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，为进一步学习打下坚实的基础。在大学物理课程的各个教学环节中，都应在传授知识的同时，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重学生探索精神和创新意识的培养，努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。三、实践教学的基本要求

2.实践教学要求实践教学具体要求见《大学物理实验大纲》。四、课程的基本教学内容及要求第一章质点力学 1. 教学内容（1）质点运动的描述（2）牛顿运动定律；（3）功和能机械能守恒定律；（4）冲量和动量动量守恒定律；（5）力矩和角动量角动量守恒定律。 2．重点与难点重点：质点运动的描述、牛顿运动定律及其应用、动量定理、动能定理、机械能定理、机械能守恒定律、动量守恒定律和角动量守恒定律。

难点：牛顿运动定律和三个守恒定律及其成立条件 3.课程教学要求教学中要通过把质点力学的研究对象抽象为理想模型，逐步使学生学会建立模型的科学研究方法。应注意1.质点力学中除角动量部分外绝大多数概念学生在中学阶段已有接触，故教学中展开应适度，以避免重复；2.学习矢量运算、微积分运算等方法在物理学中的应用。3.可简要说明守恒定律与对称性的相互关系及其在物理学中的地位。使学生掌握描述质点运动的基本物理量：位置矢量、位移、速度和加速度的概念，理解它们具有的矢量性、相对性和瞬时性，能用求导方法由已知的运动方程求速度和加速度；掌握牛顿运动定律的内容及应用；掌握质点的动能和动能定理，理解保守力和势能的概念，理解系统的机械能定理及其应用，掌握机械能守恒定律及适用条件与应用；理解冲量的概念，掌握动量定理、动量守恒定律及适用条件与应用；了解力矩和角动量的概念，理解角动量守恒定律及应用。第二章刚体力学基础 1.教学内容（1）刚体定轴转动的运动学描述；（2）刚体定轴转动的动力学描述；（3）刚体定轴转动的机械能守恒；（4）刚体定轴转动的角动量守恒。 2．重点与难点重点：刚体定轴转动的转动定律、机械能守恒定律和角动量守恒定律。难点：转动定律的应用、机械能守恒的条件和角动量守恒的条件。 3. 课程教学要求教学中要通过把刚体力学的研究对象抽象为理想模型，逐步使学生学会建立模型的科学研究方法。教学过程中应注意1.刚体力学中除刚体外绝大多数概念学生在中学阶段已有接触，故教学中展开应适度，以避免重复；2.学习矢量运算、微积分运算等方法在物理学中的应用。使学生理解转动惯量的物理意义，了解平行轴定理的内涵，掌握刚体定轴转动的转动定律及应用；了解力矩的功的计算，掌握刚体定轴转动的机械能守恒定律及应用；理解刚体定轴转动的角动量守恒定律。第三章机械振动 1.教学内容（1）简谐运动的运动学描述；（2）简谐运动的动力学方程和能量；（3）简谐运动的合成。 2.重点与难点重点：简谐运动的运动学描述。难点：简谐运动的动力学方程。 3.课程教学要求教学中应强调简谐运动的描述特点及研究方法，突出相位及相位差的物理意义。振动是应用演示手段较为丰富的部分，教学中应充分应用演示实验和多媒体手段阐述旋转矢量法；展示阻尼振动、受迫振动和共振现象、振动的合成。并可鼓励学生自己设计展示物理思想和物理现象的多媒体课件。使学生掌握简谐运动的概念及其三个特征量的意义，理解简谐运动的动力学特征及能量特征，理解两个同方向、同频率简谐运动的合成问题。

电介质物理基础孙目珍版最完整课后习

第一章电介质的极化 1.什么是电介质的极化？表征介质极化的宏观参数是什么？若两平行板之间充满均匀的电介质，在外电场作用下，电介质的内部将感应出偶极矩，在与外电场垂直的电介质表面上出现与极板上电荷反号的极化电荷，即束缚电荷σˊ。这种在外电场作用下，电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩，在电介质表面出现极化电荷的现象称为电介质极化。为了计及电介质极化对电容器容量变化的影响，我们定义电容器充以电介质时的电容量C 与真空时的电容量C0的比值为该电介质的介电系数，即 0r C C = ε，它是一个大于1、无量纲的常数，是综合反映电介质极化行为的宏观物理量。 2.什么叫退极化电场？如何用一个极化强度P 表示一个相对介电常数为r ε的平行板介质电容器的退极化电场、平均宏观电场、电容器极板上充电电荷产生的电场。电介质极化以后，电介质表面的极化电荷将削弱极板上的自由电荷所形成的电场，所以，由极化电荷产生的场强被称为退极化电场。退极化电场：0 0εεσP E d -='- = 平行宏观电场：)1(0-= r P E εε 充电电荷产生的电场：) 1()1(0000000-= +-=+=== +=r r r d P P P P E D E E E εεεεεεεεεεσ 3.氧离子的半径为m 101032.1-?，计算氧原子的电子位移极化率按式304r πεα=代入相应的数据进行计算。 240310121056.2)1032.1()1085.8(14.34m F ??≈?????=---α 4.在标准状态下，氖的电子位移极化率为2101043.0m F ??-。试求出氖的相对介电常数。单位体积粒子数253 23 1073.24 .221010023.6?=??=N e r N αεε=-)1(0 12 40 250 1085.81043.01073.211--????+=+ =∴εαεe r N 5.试写出洛伦兹有效电场的表达式。适合洛伦兹有效电场时，电介质的介电系数 r ε和极化率α有什么关系？其介电系数的温度系数的关系式又如何表示。

电介质物理学

电介质物理学 dielectric physics 研究电介质宏观介电性质及其微观机制以及电介质的各种特殊效应的物理学分支学科。基本内容包括极化机构、标志介电性质的电容率与介质的微观结构以及与温度和外场频率间的关系、电介质的导热性和导电性、介质损耗、介质击穿机制等。此外，还有许多电介质具有的各种特殊效应。电介质性质电介质包括气态、液态和固态等范围广泛的物质。固态电介质包括晶态电介质和非晶态电介质两大类，后者包括玻璃、树脂和高分子聚合物等，是良好的绝缘材料。凡在外电场作用下产生宏观上不等于零的电偶极矩，因而形成宏观束缚电荷的现象称为电极化，能产生电极化现象的物质统称为电介质。电介质的电阻率一般都很高，被称为绝缘体。有些电介质的电阻率并不很高，不能称为绝缘体，但由于能发生极化过程，也归入电介质。通常情形下电介质中的正、负电荷互相抵消，宏观上不表现出电性，但在外电场作用下可产生如下3种类型的变化：①原子核外的电子云分布产生畸变，从而产生不等于零的电偶极矩，称为畸变极化；②原来正、负电中心重合的分子，在外电场作用下正、负电中心彼此分离，称为位移极化；③具有固有电偶极矩的分子原来的取向是混乱的，宏观上电偶极矩总和等于零，在外电场作用下，各个电偶极子趋向于一致的排列，从而宏观电偶极矩不等于零，称为转向极化。电介质极化时，电极化强度矢量P与总电场强度E的关系为P＝ε χe E，ε0为真空电容率，χ e 为电极化率，ε r ＝1＋χ e 称为相对电容率(见电极化强度，电极化率）。电极化率或电容率与外电场的频率有关。对静电场或极低频电场，上述3种极化类型都参与极化过程，一定电介质的电容率为常量。电场频率增加时，转向极化逐渐跟不上外电场的变化，电容率变为复数，虚部的出现标志着电场能量的损耗，称为介电损耗。频率进一步增加时，转向极化失去作用，电容率减小。在红外线波段，电介质正、负电中心的固有振动频率往往与外场频率一致，从而产生共振，表现为电介质对红外线的强烈吸收。在吸收区，电容率的实部和虚部均随频率发生大起大落的变化。在可见光波段，位移极化也失去作用，只有畸变极化起作用。光频区域的电容率实部进一步减小，它对应电介质的折射率，虚部决定了对光波的吸收。在强电场（如激光）作用下，极化强度P与电场强度E不再有线性关系，这使电介质表现出种种非线性效应（见非线性光学）。各向异性晶体的电容率不能简单地用一个数来表示，需用张量表示。电介质特殊效应对电介质特殊效应的理论和应用构成了电介质物理学另一方面的研究内容。这些特殊效应包括：①压电效应。一些晶体因受外力而产生形变时，会发生极化现象，在相对两面上形成异号束缚电荷，称为压电效应。压电晶体种类很多，常见的有石英、酒石酸钾钠（罗谢耳盐）、磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氢铵（ADP）、钛酸钡，以及砷化镓、硫化锌等半导体和压电陶瓷等。压电晶体的机械振动可转化为电振动，常用来制造晶体振荡器，其突出优点是振荡频率的高度稳定性，无线电技术中可用来稳定高频振荡的频率，这种振荡器已广泛用于石英钟。压电晶体还普遍用于话筒、电唱头等电声器件中。利用压电现象可测量各种情形下的压力、振动和加速度等。 ②电致伸缩。是压电效应的逆效应。一些晶体在电场作用下会发生伸长或缩短形变，称电致伸缩。利用电致伸缩效应可将电振动转变为机械振动，常用于产生超声波的换能器，以及耳机和高音喇叭等。 ③驻极体。除去外电场或外加机械作用后，仍能长时间保持极化状态的电介质称为驻极体。驻极体同时具有压电效应和热电效应。技术上大多采用极性高分子聚合物作为驻极体材料。驻极体能产生30千伏／厘米的强电场。驻极体能存储电荷的性能已被用于静电摄影术和吸附气体中微小颗粒的气体过滤器。

大学物理教学大纲

《大学物理》（I）教学大纲 <总学时数：48，学分数：3> 一．课程的性质、任务和目的大学物理课程是理工类大学生一门必修的重要基础课，它为学生学习后继课程和解决实际问题提供了必不可少的物理基础知识及常用的物理方法。在课程学习中，要求以应用为目的，加强与实际应用较多的基础知识和基本方法的训练。通过各个教学环节，使学生具有较完整的物理理论基础和比较熟练的运用物理知识解决实际问题的能力和创新能力。二．课程基本内容和要求（一）质点运动学 1.理解质点模型和参照系等概念。 2.掌握描述质点运动的物理量：位置矢量、位移、路程、速度、加速度等。 3.能借助于直角坐标系熟练地计算质点在平面内运动时的速度和加速度。理解速度与加速度的瞬时性、矢量性和独立性等基本特性。 4.掌握圆周运动的角量表示及角量与线量之间的关系。能够计算质点作圆周运动时的角速度和角加速度、切向加速度和法向加速度。 5.了解相对运动的基本概念，并能解决一些简单问题。（二）牛顿运动定律 1.理解牛顿运动三定律的物理内容，了解其适用范围。 2.能够使用隔离法分析物理对象，熟练应用牛顿运动定律分析和解决基本力学问题。（三）动量守恒定律和能量守恒定律 1.掌握动量、冲量的概念，明确其物理意义，并熟练应用动量原理、动量守恒定律求解质点在平面内的动力学问题。 2.理解功、动能、势能、保守力和机械能概念，明确其物理意义，并能进行有关的计算。 3.掌握动能定理、机械能守恒定律，理解功能原理、能量守恒定律及其意义。（四）刚体的转动 1.了解刚体模型和刚体的基本运动，理解刚体运动与质点运动的区别和联系。

2.理解描述刚体定轴转动的角坐标、角位移、角速度和角加速度等概念及其运动学公式。 3.理解转动惯量的意义及计算方法，能够计算典型几何形体的转动惯量。 4.理解转动定律，能够结合力矩概念构造动力学方程求解定轴转动的问题。 5.理解力矩的功，刚体的转动动能，刚体的重力势能等的计算方法；能够应用动能定理及机械能守恒定律解决刚体定轴转动的问题。 6.理解刚体的动量矩（角动量）概念，能计算刚体或质点对固定轴的动量矩。理解动量矩守恒定律及其适用条件，并能对含有定轴转动刚体在内的系统正确应用角动量定理及角动量守恒定律分析、计算有关问题。（五）机械振动 1.理解谐振动模型，掌握简谐振动的基本特征及描述简谐振动的基本特征量：频率、相位、振幅的意义及确定方法，能够进行一些简单的计算。 2.掌握旋转矢量法，并能用以分析有关问题（如确定初相、运动时间、写出振动方程）。 3.理解两个同方向、同频率谐振动合成的规律，以及合振动振幅极大和极小的条件。了解两个互相垂直、同频率和不同频率谐振动的合成规律，了解李萨如图形。（六）机械波 1.理解描述波动的各物理量的物理意义及各量之间的相互关系。 2.理解机械波产生的条件。掌握根据已知质元的振动表达式建立平面简谐波的波函数的方法以及波函数的物理意义，理解波形图线。了解波的能量传播特征及能流、能流密度等概念。 3.理解惠更斯原理和波的叠加原理。掌握波的相干条件，能应用位相差和波程差的概念分析和确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。 4.理解驻波及其形成的条件和特点，建立半波损失的概念，了解驻波和行波的区别。（七）波动光学 1.了解原子发光的特点，理解光的相干条件及获得相干光的基本原理和一般方法。 2.掌握光程概念以及光程差与相位差的关系，了解反射时产生半波损失的条件。能正确计算两束相干光之间的光程差和相位差，并写出产生明条纹和暗条纹的相应条件。 3.掌握杨氏双缝干涉的基本装置和实验规律，了解干涉条纹的分布特点及其应用，并能做相应的计算。掌握薄膜等厚干涉的规律及干涉位置的计算，理解等倾干涉条纹产生的原理，了解薄膜干涉原理在实际中的应用。了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理及其应用。 4.理解惠更斯-菲涅耳原理及其对光衍射现象的定性解释。了解分析单缝夫琅和费衍射的半波带法，能够根据衍射公式确定明、暗条纹分布。了解光栅衍射条纹的成因和特点，掌握光栅公式，了解

电介质物理课后答案

思考题第一章 1－1 什么是电介质的极化？表征介质极化的宏观参数是什么？答：电介质在电场作用下，在介质内部感应出偶极矩、介质表面出现束缚电荷的现象称为电介质的极化。其宏观参数为介电常数ε。 1－2 什么叫退极化电场？如何用极化强度P 表示一个相对介电常数为r ε的平行板介质电容器的退极化电场、平均宏观电场、电容器极板上充电电荷所产生的电场。答：在电场作用下平板电介质电容器的介质表面上的束缚电荷所产的、与外电场方向相反的电场，起削弱外电场的作用，所以称为退极化电场。退极化电场：0 0εεσP E d -=- = 平均宏观电场：) 1(0-- =r P E εε 充电电荷所产生的电场：0 0000εεεεεσP E P E D E e +=+=== 1－3 氧离子的半径为m 101032.1-?，计算氧的电子位移极化率。提示：按公式304r πεα=，代入相应的数据进行计算。 1－4 在标准状态下，氖的电子位移极化率为2101043.0m F ??- 。试求出氖的相对介电常数。解：氖的相对介电常数：单位体积的离子数：N ＝253 23 1073.24 .221010023.6?=?? 而 e r N αεε=-)1(0

所以：0000678.110 ?+ =εαεe r N 1－5 试写出洛伦兹有效电场表达式。适合洛伦兹有效电场时，电介质的介电常数ε和极化率α有什么关系？其介电常数的温度系数的关系式又如何表示。解：洛伦兹有效场：E E E e ''++=3 2 ε ε和α的关系： αεεεN 0 31 21=+- 介电常数的温度系数为：L βεεα3 ) 2)(1(+-- = 1－6 若用1E 表示球内极化粒子在球心所形成的电场，试表示洛伦兹有效电场中1E ＝0时的情况。解：1E ＝0时，洛伦兹的有效场可以表示为E E e 3 2 +=ε 1－7 试述K －M 方程赖以成立的条件及其应用范围。答：克－莫方程赖以成立的条件：0=''E 其应用的范围：体心立方、面心立方、氯化钠型以及金刚石结构的晶体；非极性以及弱极性液体介质。 1－8 有一介电常数为ε的球状介质，放在均匀电场E 中。假设介质的引入不改变外电场的分布，试证： e E E 2 3 += ε 解；按照洛伦兹有效电场模型可以得到：在0=''E 时 E E e 3 2 += ε 所以 e E E 2 3 += ε 1－9 如何定义介电常数的温度系数？写出介电常数的温度系数、电容量温度系数的数学表达式。答：温度变化一度时，介电常数的相对变化率称为介电常数的温度系数。

大学物理实验--教学大纲

大学物理实验课教学大纲大学物理实验课程体系、内容和教学模式 (1) 一级物理实验（基础物理实验） (3) 二级物理实验（综合性、设计性实验） (4) 三级物理实验（现代物理实验技术） (5) 四级物理实验（研究型实验） (7) 开放实验 (8) 物理学在人的科学素质培养中具有重要的地位，实验为物理学的基础，它反映了理工科实验的共性和普遍性问题,在人才科学素质培养中起着不可替代的重要作用.20世纪中叶以来，以计算机信息科学技术、生命科学、空间科学、材料科学等为代表的新的科学技术革命，极大地加速了科学技术的发展和各学科之间的相互交叉和渗透，新的综合化趋势已成为科学发展的主流。因此，物理实验课程体系，教学内容和教学方法、手段必须由封闭型向开放型转变。大学物理实验作为大学生在进校后的第一门科学实验课程，不仅应让学生受到严格的、系统的实验技能训练，掌握科学实验的基本知识、方法和技巧，更主要的是要培养学生严谨的科学思维能力和创新精神，培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力，特别是与科学技术的发展相适应的综合能力，适应时代的发展，科技进步的创新能力。大学物理实验课程体系、内容和教学模式 1．素质教育为目标，建立物理实验课程新体系：打破了传统的力、热、电、光、近代物理实验教学的封闭体系。建立以基本实验、综合性实验、设计性实验、研究性实验等组成的新的实验课程体系，形成从低到高、从基础到前沿、从接授知识到培养综合能力，逐级提高的四级基础物理实验课程新体系。每一级物理实验大致用一个学期的时间完成，不同的级标志着不同实验技能和科学思维水平。使学生从较高起点进入大学物理实验，一个台阶、一个台阶地走向科学的高峰。 2．注重物理实验的时代性与先进性，改革实验教学内容：物理实验必须与现代科学技术接轨，才能激发学生的学习积极性与热情，也才能使现代科技进步的成果渗透到传统的经典课程内容之中，例如将计算机技术、光纤技术、磁共振技术、核物理技术、X射线技术、电子显微技术、光谱技术、真空技术、传感器技术等现代技术及科研成果融用于学生物理实验之中。 3．营造培养创新人才的多元化教学模式和环境）

《大学物理实验》课程教学大纲.docx

《大学物理实验》课程教学大纲 1. 课程名称（中文）：物理实验英文名称：Physics Experiments 2.课程编码： 01000102 3.课程类别：基础独立设课 4.课程要求：必修基础实验 5.课程属性：独立设课 6.课程总学时：总学分： 7.实验学时： 51 学时总学分： 1.5学分 8.应开实验学期：第 2 学期至第 3 学期 9.适用专业：土木工程、化学工程与工艺、应用化学、材料科学与工程、生物工程、信息与计算科学。 10.先修课程：大学物理 11. 编写人：徐子湘俸永格编写日前：2005年9月1日一、实验课程简介物理学是实验科学，物理规律的研究都是以严格的实验为基础，实验与数学分析相结合是物理学研究中的一个特点。物理实验是大学生进行科学实验训练的一门基础课程，在实验过程中，通过理论的运用与现象的观测分析，充分提高学生分析问题与解决问题的能力；充分提高学生综合运用理论知识解决实际问题的动手能力。本实验课程需学生应达到下列要求： 1、进一步巩固和加深对大学物理理论知识的理解，提高学生的综合素质。 2、能根据需要选学参考书，查阅手册，通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己独立分析问题、解决问题，具有一定的创新能力。二、实验教学目标与基本要求 1、本课程的主要目的是：（1）学生通过实验学习物理实验的基本理论、典型的实验方法及其物理思想。（2）获得必要的实验知识和操作技能训练，培养学生的动手能力、工作能力、创造能力，提高学生分析问题、归纳问题、解决问题的能力。（3）树立实事求是、一丝不苟、严格认真的科学态度。 2、本实验课程应达到下列要求：（1）进一步巩固和加深对大学物理理论知识的理解，提高学生的综合素质。（2）能根据需要选学参考书，查阅手册，通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己独立分析问题、解决问题，具有一定的创新能力。

电介质物理必考汇总(必考))

第一章一节电偶极子：两个大小相等的正、负电荷（+q 和-q ），相距为L ，L 较讨论中所涉及到的距离小得多。这一电荷系统就称为电偶极子。电量q 与矢径L 的乘积定义为电矩，电矩是矢量，用μ表示，即μ=q ·L μ的单位是C ·m 。二节电介质极化：在外电场作用下，电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩，在电介质表面出现极化电荷的现象称为电介质的极化。束缚电荷（极化电荷）：在与外电场垂直的电介质表面上出现的与极板上电荷反号的电荷。束缚电荷面密度记为。退极化电场Ed ：由极化电荷所产生的场强。它是一个大于1、无量纲的常数，是综合反映电介质极化行为的宏观物理量。有效电场：实际上引起电介质产生感应偶极矩的电场称为有效电场或者真实电场，用E e 表示。感应偶极矩与有效电场E e 成正比，即极化强度P ：单位体积中电介质感应偶极矩的矢量和，即极化强度P 描述电介质极化行为的宏观参数：描述电介质极化行为的微观参数：宏、微观参数的联系——克劳休斯方程：三节宏观平均场强E 是指极板上的自由电荷以及电介质中所有极化粒子形成的偶极矩共同的作用场强。对于平板介质电容器，满足：①电介质连续均匀，②介电系数不随电场强度的改变发生变化。电位移D 的一般定义式。有效电场：是指作用在某一极化粒子上的局部电场。它应为极板上的自由电荷以及除这一被考察的极化粒子以外其他所有的极化粒子形成的偶极矩在该点产生的电场。洛伦兹有效电场的计算模型：电介质被一个假想的空球分成两部分，极化粒子孤立的处在它的球腔中心。要求：①球的半径应比极化粒子的间距大，这样可以视球外介电系数为ε的电介质为连续均匀的介质，球外极化粒子的影响可以用宏观方法处理;②球的半径又必须比两极板间距小得多，以保证球外电介质中的电场不因空球的存在而发生畸变。所以近似认为球内球外的电场都是均匀的。洛伦兹有效电场的适用范围：气体电介质、非极性电介质（非极性和弱极性液体电介质、非极性固体电介质）、高对称性的立方点阵原子、离子晶体。不适用范围：极性液体电介质和固体电介质。五节一、电子位移极化：在外电场作用下，电子云重心相对于原子核重心发生位移，因而产生感应偶极矩。这种极化称为电子位移极化。由的结果得出的一些结论：（1）在化学元素周期表中，同一族元素的电子位移极化率自上而下地增加。（2）在同一周期中，元素由左向右，电子位移极化率的变化有两种可能性。其一，随轨道上的电子数的增加，产生电子位移极化的电子数增加，电子位移极化率也增加；其二，电子轨道半径也可能减小，电子位移极化率将会下降。（3）离子的电子位移极化率的变化规律与原子的大致相同，随离子半径及价电子数的增加而增加。（4）由P=Nαe E e ，当原子或离子半径r 减小时，单位体积内的粒子数N 将增加，P 也较大。（5）电子位移极化率与温度无关，温度的改变只影响电介质组成粒子的热运动，对原子或离子的半径影响不大。（６）电子位移极化完成的时间非常短，在10 -1４-10-１５ s 之间。（７）电子位移极化发生在所有的介质中。二、离子位移极化：在离子晶体中，除存在电子位移极化以外，在电场作用下，还会发生正、负离子沿相反方向位移形成的极化叫离子位移极化。结论：⑴离子位移极化完成的时间约为10-12--10-13s ，因此，在交变电场中，电场频率低于红外光频率时，离子位移极化便可以进行。⑵离子位移极化率与电子位移极化率有相同的数量级，约为10-40F·m 2。⑶随着温度升高，离子间的距离增大，它们之间的相互作用减弱，也就是弹性联系系数K 变小，所以离子位移极化率随温度升高而增加，但增加很小。⑷离子位移极化只发生在离子键构成的晶体，如TiO 2、CaTiO 3等，或者陶瓷电介质中的结晶相内，而不会发生于气体或液体之中。三、偶极子转向极化：在外电场作用下，因极性电介质分子的固有偶极矩沿电场方向的转向而产生的极化，称为偶极子的转向极化。结论：⑴偶极子的转向极化建立的时间约为10-2-10-6s 或更长，所以在不高的频率乃至工频的交变电场中，就可能发生极化跟不上电场变化的情况：出现介电系数减小，介质损耗角正切增大。⑵偶极子的转向极化存在于极性电介质中。⑶偶极子转向极化率与温度有关，温度升高，a d 下降。四、热离子松弛极化：在电介质内，弱联系的带电质点

电介质物理试卷

电介质物理学模拟试卷(一) 姓名＿＿＿＿＿成绩＿＿＿＿＿一.填充题(36分): 1. 写出下列参数的定义式(6分): ①电容温度系数αC = ________________________________. ②介电系数温度系数αε =_____________________. ③松弛时间η =____________________________________. ④偶极子转向极化率αd =____________________________. ⑤热离子松弛极化率αT=_____________________________. ⑥德拜方程_________________________________________. 2. 一平行板真空电容器,极板上的电荷面密度为ζ,现填充相对介电系数为εr.的介质.若极板上的自由电荷面密度保持不变.求:①真空时, 平行板介质电容器的场强E0=__________________, 电位移D0=______________,极化强度P0=__________________;②充以电介质时, 平行板介质电容器的场强E介=__________________,电位移D介=______________,极化强度P介 =_______________. 极化电荷所产生的场强E极=____________________________.(7分) 3. 用极化强度P表示一个相对介电系数为εr. 平行板介质电容器的退极化电场 ________________________________________________,平均宏观电场 __________________________________________________,极板上充电电荷所产生的电场 __________________________________________(6分). 4. 气体电介质自持放电的条件为___________________________________,其物理意义是 __________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ___ __________________________________________________________________________.(7分) 5. 根据瓦格纳的固体电介质热击穿理论,固体电介质发生热击穿时,其数学判断依据是 _______________________________________________________ ________________________________________________________.(4分) 6.在双层电介质中,不发生空间电荷极化的条件是_______________________ _________________________________________________________.(2分) 7.钙钛矿型结构的离子晶体电介质产生自发极化的条件是________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________.(4分) 二.问答题(64分): 1.氯化钠型离子晶体在电场作用下将发生电子,离子位移极化.试求其介电系数的温度系数,并解释温度对氯化钠型离子晶体的介电系数的影响.(14分) 2.某一电介质具有两个不同的松弛极化时间: ①.写出ε’,ε”与频率的关系; ②.画出在一定的温度下, ε’,ε” ,tanδ与频率的关系曲线,且标出ε” 和tanδ的极值频率; ③.画出在一定的频率下, ε’,ε”的温度关系曲线; ④.画出这一介质的柯尔---柯尔图.(20分)

大学物理教学大纲.

《大学物理》教学大纲一、课程简介大学物理是一门重要的专业基础课，大学物理课程既为学生打好必要的物理基础，又在培养学生科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神、创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。物理学的理论体系具有完美性和系统性。物理思想的表述，定律、定理的表达式，问题的科学处理方法，物理常量的测量等形成了完美的理论体系，对学生后续课程的学习具有重要的意义。近代物理内容的教学，使学生了解科学发展的前沿问题，为学生的创新奠定基础。二、课程目标通过本课程的学习，要求学生能够： 1、通过本课程的学习，要求学生能够对物理学的内容和方法、概念和物理图像、物理学的工作语言、物理学发展的历史、现状和前沿、及其对科学发展和社会进步的作用等方面在整体上有一个比较全面的了解，对物理学所研究的各种运动形式，以及它们之间的联系，有比较全面和系统的认识，并具有初步应用的能力。 2、注重物理学思想、科学思维方法、科学观点的传授。通过介绍科学研究的方法论和认识论，启迪学生的创造性思维和创新意思，培养学生的科学素质。 3、熟练掌握矢量和微积分在物理学中的表示和应用。了解物理学在自然科学和工程技术中的应用，以及相关科学互相渗透的关系。 4、通过学习科学的思维方法和研究方法，使学生具备综合运用物理学知识和数学知识解决实际问题的能力，提高发现问题、分析问题、解决问题的能力和开拓创新的素质。为学生进一步学习专业知识奠定良好的基础，也为学生将来走向社会从事科学技术工作和科学研究工作打下基础。 5、通过该课程的学习，使学生树立科学的唯物主义的世界观、方法论和认识论，具备独立分析和处理相关问题的能力，具有较强的自学和吸收新知识的能力。

电介质物理实验讲义

电介质物理实验讲义哈尔滨理工大学电气与电子工程学院实验中心

实验一固体电介质体积电导率温度特性电介质具有很小的电导率，电导率大小由载流子浓度、载流子电荷、载流子迁移率决定，即 γ=nqμ 一般来说，在低电场，高温下离子电导占主要部分，特别是在高温下离子电导显著增加，因为离子迁移率与温度有指数规律，所以，高温下电介质电导按指数规律增加。这一规律，对于许多绝缘材料，在很宽的温度范围内被实验所证实。一、实验目的 1、自己设计测量线路，设计测量电极系统，本实验给出二电极和三电极两种类型 2、掌握绝缘体积电导率的温度变化规律，且能够由实验曲线计算出电介质的电导活化能二、实验用仪器本实验使用的主要仪器是ZC36型高阻计，整套仪器由直流放大器、高压直流电源及电极夹具组成，其简化线路如下图所示。 1、直流高压电源经整流后得到的直流高压，经分压器分为10，100，250，500，1000伏五档，根据被试物选择适当的测试电压，对于薄膜介质，注意不致在测试电压下发生击穿； 2、开关K 1有两个可调位置，即“放电”和“测量”的两个位置，K1置于“测量”位置时，试样与整个线路接通，处于测量状态，测试完毕后应将K1置于“放电”位置，将充电电荷放掉。 3、R0、R1、R2,…等是一组标准电阻，在仪器面板上是用倍率开关K3调节，其中R0是用来调节仪器的“满度”的，调节时K1置于“放电”位置，K3置于“满度”位置(即R0)，若此时指示仪表不偏转到满刻度则调节满度旋钮使其指示满刻度(即调节Rp)，其它标准电阻都是用来改变测量电阻量程的，使用应由小到大依次调节，使之得到准确读数。其它有关部分在试验方法中加以介绍。三、测试原理由高阻计原理接线图可以看出，当在试样上施加直流电压U时，试样中的电流Ix 在标准电阻Rs(R1或R2，…)两端产生电压e g经直流放大器放大后，由微安表A测出输出电流Ip，则

【西安交通大学】【电介质物理】【姚熹、张良莹】【课后习题答案】【第一章】

第一章静电场中的电介质 1-1 半径为a 的球带电量为q ，电荷密度正比于距球心的居里。求空间的电位和电场分布。解：由题意可知，可设kr =ρ 再由于 ?=q dv ρ，代入可以求出常数k 即 ?=424ka krdr r ππ 所以 4a q k π= r a q 4 πρ= 当 a r >.时由高斯定理可知 0 24επq r E = ? ； 2 04r q E πε= ?∞ = ?=r r q dr E U 04πε 当 a r <<0时由高斯定理可知 4 042 0400 2 41 1 4a qr dr r r a q dv r E r r εππερεπ=?== ??? 4 02 4a qr E πε= dr r qr dr a qr dr E U a r a r ??? ∞∞ +=?=20 2 40244πεπε a q r a a q 0334 04)(12πεπε+ -= )4(12334 0r a a q -= πε 1-2 电量为q 的8个点电荷分别位于边长为a 的立方体的各顶角。求其对以下各点的电距：（1）立方体中心；（2）某一面的中心；（3）某一顶角；

（4）某一棱的中点。若8个点电荷中4个为正电荷、4个为负电荷，重新计算上述问题解：由电矩的定义 ∑∑==i i i i i i r q r q μ （一）八个电荷均为正电荷的情形（1）立方体的在中心：八个顶点相对于立方体中心的矢量和为∑==8 10i i r ，故0==∑i i i r q μ （2）某一面心：该面的四个顶点到此面心的矢量和 ∑==4 1 0i i r ，对面的四个顶点到此点的矢量和∑==8 5 4i i a r 故qa 4=μ；（3）某一顶角：其余的七个顶点到此顶点的矢量和为： ∑==7 5 34i i a r 故qa 34=μ；（4）某一棱的中心；八个顶点到此点的矢量和为∑==7 5 24i i a r 故qa 24=μ；（二）八个电荷中有四个正电荷和四个负电荷的情形与此类似； 1-3 设正、负电荷q 分别位于（0，0，l /2）、（0，0，－l /2），如图所示。求场点P 处电势计算的近似表达式，试计算在场点（0，0，l 23），（0，0，l 2 5 ）处电势的近似值，并与实际值比较解：P 点的电势可以表示为： ? =-++??= )1 1(40 - +-r r q πε