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)
3.分析在不均匀电场(针尖对平板电极)中,气体电介质的放电和击穿行为.(14分)
4.如何定义铁电晶体的介电系数?为什么?画出测量铁电晶体的电滞回线的电路图和铁电晶体的电滞回线,标明矫顽场强,饱和极化强度,剩余极化强度的位置;说明测量铁电晶体的电滞回线的基本原理.(16分)
电介质物理学模拟试卷(二)
姓名＿＿＿＿＿成绩＿＿＿＿＿
一.填充题（40分）
1．克劳休斯—莫索帝方程______________________________________。(2分)
2．电介质中电位移D﹑平均宏观场强E﹑极化强度p的关系式是
____________________________________________________________。(2分)
3.加上电场以后,电介质的松弛极化强度P r与时间t的关系____________________________；极化强度达到稳态以后，移去电场，松弛极化强度P r与时间的关
___________________________，宏观上表征出来的是
______________________________________________________________
__________________________________________。(6分)
4.电导率γ与温度t的关系_____________________________________。(4分)
5.双层电介质中，不发生空间电荷极化的条件是_________________。(4分)
6.退极化电场可表示为_______________________________________。(4分)
7.依瓦格纳的固体电介质热击穿理论，电介质发生热击穿的数学判断依据
________________________________________________________。(4分)
8.一平行板真空电容器，极板上的电荷面密度为ζ，现填以相对介电系数为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，平行板电容器的场强E=_______________,电位移D=________________,极化强度P=_________________；②.充以电介质时，平行板介质电容器的场E=___________，电位移D=______________，极化强度
P=__________________。极化电荷所产生的场强
E=_____________________________________。(14分)
二．问答题（60分）
1. 用简原子结构模型,计算电子位移极化率。作图。(10分)
2.交变电场作用下,电介质的介电系数为什么要用复介电系数描述？如何判断介质是具有松弛极化的极性电介质？导出德拜方程的前提是什么？请绘出ε′、ε″、tanδ与lgω的关系曲线图。（14分）
3.铁电晶体极化强度与电场强度的关系构成电滞回线，试画出观测电滞回线的示意图，电滞回线图。图中分别标出试样电容，串联电容；矫顽场强，饱和极化强度，剩余极化强度的位置。简叙观测电滞回线的原理。(16分)
4.详细分析气体电介质的碰撞电离理论。如何解释气体电介质的自持放电条件.(14分)
5.用什么方法可以确定极性电介质的松弛时间是分布函数,对称的还是不对称的.(6分)
电介质物理学模拟试卷(三)
姓名＿＿＿＿＿成绩＿＿＿＿＿
1．一平行板真空电容器，极板上的自由电荷面密度为ζ，现充以介电系数为εr的介质。若极板上的自由电荷面密度保持不变，则真空时：平行板电容器的场强Ｅ＝__________；电位移Ｄ＝_________，极化强度Ｐ＝____________；充以电介质时：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Ｅ＝___________________________________________。（14分）
2．退极化电场是_______________________________________。用极化强度P表示一相对介电常数为εr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
______________________。（8分）
3．气体介质自持放电的条件是_________________________。它的物理意义为
__________________________________________________________________。（8分）
4．瓦格纳热击穿理论的数学判断依据______________________________。（4分）
5．为何要研究电介质中的有效电场？他与平均宏观场强有何区别？有效电场是由哪几部分组成的（用文字和数学表达式两种方法叙述）。（12分）
6．在交变电场作用下，电介质的介电系数为什么要用复介电系数述？如何判断介质是具有松弛极化的极性电介质？导出德拜方程的前提是什么？请绘出ε′、ε″、tanδ与lgω的关系曲线图。（16分)
7.已知电导率与温度的关系为γ=Ae-B/T,如何利用这一关系式，用实驗方法求得导电载流子的激活能U。（12分）
8．理想的BaTiO3铁电晶体将会出现哪几种主要的极化形式？BaTiO3铁电晶体具有哪些显著的特征。钙鈦矿型结构的离子晶体产生自发极化的条件是什么？（12分）
9．画出线性、非线性电介质（铁电晶体），在有、无介质损耗时的P~E关系曲线。（8分）10．流经介质电容器的电流是由哪几部分组成的？且作图表示。（6分）
电介质物理学模拟试卷(四)
姓名＿＿＿＿＿成绩＿＿＿＿＿
一. 写出下列参数的定义式(10分)
1. 电感应偶极矩μ=_____________________________________.(2分)
2. 极化率α=____________________________________________.(2分)
3. 介电系数温度系数αε=_________________________________.(2分)
4. 介质损耗角正切tanδ=_________________________________.(2分)
5. 铁电体的微分介电系数εrε0=___________________________________________(2分)
二.填充题(20分)
1. 介电系数ε与极化率α之间的关系式________________________________.(4分)
2. 在双层电介质中,其介电系数和电导率分别为ε1、ε2、γ1、γ2,在加上电压的瞬间,双层电介质中的电场强度按______________________分布,在稳态时, 双层电介质中的电场强度按
_________________分布. (4分)
3. 铁电晶体是指_________________________且___________________________的晶体. 铁电晶体的铁电性判断依据是__________________________________________________.(4分)
4. 具有松弛极化的电介质，加上电场以后，松弛极化强度与时间的关系式为
________________________,宏观上表征出来的是____________________________电流. (4分)
5. 气体电介质产生碰撞电离的条件是______________________________,
由非自持放电转变为自持放电的条件是______________________.(4分)
三.简答题(20分)
1. 具有自发式极化的铁电晶体有哪些显著的特征?
2. 流经介质电容器的电流由哪几部分组成?且作图描述.
四.问答和计算题(50分)
1. 为何要研究电介质中的有效电场?有效电场指的是什么?它是由哪几部分组成的?并写出具体数学表示式?(16分)
2. 在针尖对平板的不均匀电场中，空间电荷随针尖极性的不同将对气体放电产生什么影响?两种情况下的放电电压有何差别?其放电电压与哪些因素有关?(16分)
3. 直径为10mm、厚度为1mm的介质电容器，其电容为2000pF，损耗角正切为0.02。计算:电介质的相对介电系数;损耗因子ε’tanδ;在交变电场的频率为50Hz、50MHz时的交流电导;外加10V、1kHz正弦电压时的泄漏电流。(18分)
电介质物理学模拟试卷(五)
姓名＿＿＿＿＿成绩＿＿＿＿＿
一.填充题(40分)
1.电介质的极化指的是______________________________________,表征电介质极化的宏观参数是_________________,其定义式为______________________.(6分)
2.电介质中的损耗是指___________________________________________,主要来自于
______________________________________________________________________.(7分)
3.一平行板真空电容器，若极板上的自由电荷面密度为ζ，现充以介电系数为εr的介质。若极板上的自由电荷面密度保持不变，则真空时：平行板电容器的场强Ｅ＝
__________________；电位移Ｄ＝_________________，极化强度
P=________________________；充以电介质时：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Ｅ＝________________________。(14分) 4.气体介质自持放电的条件是______________________________________________。它的物理意为___________________________________________________________。（8分）
5.铁电晶体的自发应变是________________________________________________,对于180o 畴,自发应变与__________________________________________成正比.(5分)
二.问答题(60分)
1.理想的BaTiO3铁电晶体将会出现哪几种主要的极化形式？BaTiO3铁电晶体具有哪些显著的特征。钙鈦矿型结构的离子晶体产生自发极化的条件是什么？（12分）
2.某介质的εS=10，ε∞=2，η=10-8S，请画出ε″～lgω关系曲线，标出ε″峰值位置，εmax″等于多少?ε″～lgω关系曲线下的面积是多少?(10)
3.写出德拜方程,求证如何用实验的方法绘出Colo-Colo 图.(12分)
4.已知电导率与温度的关系为γ=Ae-B/T,如何利用这一关系式，用实验方法求得导电载流子的
激活能U。（10分）
5. 画出线性、非线性电介质（铁电晶体），在有、无介质损耗时的P∽E关系曲线图。（6分）
电容器中电介质的作用
电容器中电介质的作用 山东省肥城市第一高级中学 于茂刚 271600 高中教材在提到电介质对平行板电容器的电容的影响时，只是通过演示实验就直接得出了结论：当两极板间充满同一种电介质时，电容变大为真空时的r ε倍，即kd S C r πε4= ，r ε 是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数。学生只能记住结论，对电介质的特性和电介质对电容的影响机理产生疑惑，就此谈一下电容器中电介质的作用。 电介质不同于金属，电介质的电阻率一般都很 高,称为绝缘体，介质中没有（或几乎没有）能够自由 移动的电荷，这种电荷叫做束缚电荷。在电场中静 电平衡条件下，电介质的内部仍有电场存在。在外 电场作用下，电介质的表面将出现正负束缚电荷， 这就是电介质的极化现象。如图所示，由于极化， 在电介质中的极化电场 E ′（图中方向向左）削弱了没有电介质时的电场 E （图中方向向右）。由此可见，在两个极板之间的合电场强度的大小比 E 小。 实验和理论证明，在这种情况下，电介质内的合电场强度为E/r ε.如果极板之间充满相对介电常数为r ε的电介质，则极板之间的合电场强度为E/r ε ，这时的电 容器在容纳的电荷量一定的情况下，两极板之间的电势差比没有电介质时小，根据 U Q C =，知这时相当于电容器的电容增大了。两极板间如果不加电介质的话,两极板间会被空气占据，空气有一定的导电能力,因而电容器存储电荷的能力会弱一些,而加入电介质后,电容正负极板的绝缘性能就要比没有电介质时好,也
就是存储电荷的能力提高了,所以电容也就升高了， 电容器中间的电介质起到了提高电容容量的作用。 例如：在两极板间相距为d 的平行板电容器中，（1）插入一块厚为d/2的金属大平板（此板与两极板平行），其电容变为原来的多少倍？（2）如果插入一块厚为d/2相对介电常数为r ε的电介质大平板，则又会如何？（3）如果插入一 块厚为d 相对介电常数为r ε的电介质大平板，则又会如何？ 解析：（1）插入一块厚为d/2的金属大平板时，在电场作用下，在金属板处于静电平衡状态，内部电场强度处处为0,整个金属大平板是一个等势体，整个金属大平板上没有电压降，两极板之间的距离缩短为d/2，极板间的电场强度E 未变 （因为E ,Cd Q d U == , C 、d 成反比，C 、d 乘积不变，所以E 不变），所以两极板间的电压2'd E U ?=,所以根据电容的定义U Q C ==Ed Q 知，此时的电容器的电容变为原来的2倍。 （2）插入一块厚为d/2相对介电常数为r ε的电介质大平板时，两极板之间的 电压'U =r r r Ed d E d E εεε2122+?=?+?,所以所以根据电容的定义U Q C ==Ed Q 知, 此时的电容器的电容变为原来的r r εε+12倍。 （3）插入一块厚为d 相对介电常数为r ε的电介质大平板，两极板间充满了这种 电介质。两极板间的电压'U =d E r ?ε，所以所以根据电容的定义U Q C ==Ed Q 知, 此时的电容器的电容变为原来的r ε倍。 思考：为什么不采用插入金属板的方式来增大电容器的电容？因为电容器极板之间需要保持良好的绝缘性，所以只能采用插入电介质的方式来增大电容器的电容。
电介质
第十三章 电介质 一、选择题 1、关于高斯定理，下列说法中哪一个是正确的 (A) 高斯面内不包围自由电荷，则面上各点电位移矢量D 为零． (B) 高斯面的D 通量仅与面内自由电荷有关． (C) 高斯面上处处D 为零，则面内必不存在自由电荷． (D) 以上说法都不正确． ［ B ］ 2、关于静电场中的电位移线，下列说法中，哪一个是正确的 (A) 起自正电荷，止于负电荷，不形成闭合线，不中断． (B) 任何两条电位移线互相平行． (C) 起自正自由电荷，止于负自由电荷，任何两条电位移线在无自由电荷的空间不相交． (D) 电位移线只出现在有电介质的空间． ［ C ］ 3、一导体球外充满相对介电常量为r 的均匀电介质，若测得导体表面附近场强为E ，则导 体球面上的自由电荷面密度为 (A) 0 E ． (B) 0 r E ． (C) r E ． (D) ( r -0 )E ． ［ B ］ 4、在空气平行板电容器中，平行地插上一块各向同性均匀电介质板，如 图所示．当电容器充电后，若忽略边缘效应，则电介质中的场强E 与空 气中的场强0E 相比较，应有 (A) E = E 0，两者方向相同． (B) E > E 0，两者方向相同． (C) E < E 0，两者方向相同． (D) E < E 0，两者方向相反． ［ C ］ 5、设有一个带正电的导体球壳．当球壳内充满电介质、球壳外是真空时，球壳外一点的场强大小和电势用E 1，U 1表示；而球壳内、外均为真空时，壳外一点的场强大小和电势用E 2， U 2表示，则两种情况下壳外同一点处的场强大小和电势大小的关系为 (A) E 1 = E 2，U 1 = U 2． (B) E 1 = E 2，U 1 > U 2． E E 0
导体和电介质
1一个未带电的空腔导体球壳，内半径为R ．在腔内离球心的距离为d 处( d < R )，固定一点电荷+q ，如图所示. 用导线把球壳接地后，再把地线撤去．选无穷远处为电势零点，则球心O 处的电势为 (A) 0 ． (B) d q 04επ． (C) R q 04επ-． (D) )1 1(40R d q -πε． 2三块互相平行的导体板，相互之间的距离d 1和d 2比板面积线度小得多，如果2d 1＝d 2 两面上电荷面密度分别为σ1和σ2，如图所示．则比值σ1 / σ2 (A) 1． (B) 2． (C) 3． (D) 4． 3 图示一均匀带电球体，总电荷为+Q ，其外部同心地罩一内、外半径分别为r 1、r 2的金属球壳．设无穷远处为电势零点， 则在球壳内半径为r 的P 点处的场强和电势为： (A) 2 04r Q E επ=，r Q U 04επ=． (B) 0=E ，204r Q U επ=． (C) 0=E ，r Q U 04επ=． (D) 0=E ， 104r Q U επ=． 4当一个带电导体达到静电平衡时： (A) 导体表面曲率较小处电荷密度较小． (B) 导体表面曲率较小处电势较高． (C) 导体内部任一点电势都为零． (D) 导体内任一点与其表面上任一点的电势差等于零． ［ ］ 5 两个同心薄金属球壳，半径分别为R 1和R 2 (R 2 > R 1 )，若内球壳带电荷Q ，则两者的电势分别为U 1和U 2 (选无穷远处为电势零点)．现用导线将两球壳相连接，则它们的电势为 (A) U 1． (B) )(2 1 21U U +． (C) U 1 + U 2． (D) U 2． 6当平行板电容器充电后，去掉电源，在两极板间充满电介质，其中正确的结果是 (A) 极板上自由电荷减少 (B) 两极板间的电势差变大 (C) 两极板间电场强度变小 (D) 两极板间的电场强度不变 7一个大平行板电容器水平放置，两极板间的一半空间充有各向同性均匀电介质，另一半为空气，如图．当两极板带上恒定的等量异号电荷时，其正确的结论是： (A) 极板左半边电荷密度大． +Q
导体和电介质中的静电场
二、导体和电介质中的静电场 一、 选择题： 1、在一静电场中，作一闭合曲面S ，若有??=?0s d D ，（式中D 为电位移矢量），则S 面 内必定： A ：既无自由电荷，也无束缚电荷； B ：没有自由电荷； C ：自由电荷和束缚电荷的代数和为零； D ：自由电荷代数和为零。 [ ] 2、一带正电荷的物体M ，靠近一不带电的金属导体N ，N 的左端感应出负电荷，右端感应出 正电荷，若将N 的左端接地，如图所示，则 （A ） N 上的负电荷入地 （B ） N 上的正电荷入地 （C ） N 上的电荷不动 （D ） N 上所有电荷都入地 [ ] 3、在一点电荷产生的静电场中，一块电介质如图放置，以点电荷所在 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。 [ ] 4、有一接地的金属球，用一弹簧吊起，金属球原来不带电．若在它的下方放置一电量为q 的点电荷，则 (A)只有当q>0时，金属球才下移． (B)只有当q