大学物理 导体和电介质中的静电场.ppt

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1、第10章导体和电介质中的静电场§10.1静电场中的导体§10.2电容及电容器§10.3静电场中的电介质§10.4静电场的能量内容提要10/15/2021(1)导体(conductor)导电能力极强的物体(存在大量可自由移动的电荷);(2)绝缘体（电介质,dielectric）导电能力极弱或不能导电的物体;(3)半导体(semiconductor)导电能力介于上述两者之间的物体.导体绝缘体半导体10/15/202110.1静电场中的导体10.1.1导体的静电平衡1.静电感应现象在外电场作用下,引起导体中电荷重新分布而呈现出的带电现象.静电感应10/15/2021导体内部

2、和表面上都没有电荷作定向运动.2.静电平衡状态：10/15/20213.导体的静电平衡条件(1)导体内部的场强处处为零;(2)导体表面的场强处处垂直于导体表面.导体内电荷的宏观定向运动完全停止.场强特征:(2)导体表面为一等势面.电势特征：(1)导体为一等势体；10/15/2021证:设a和b为静电平衡导体上任意两点.单位正电荷由a移到b，电场力的功为:(1)a、b在导体内部：(2)a、b在导体表面：即:静电平衡的导体是等势体,导体表面为一等势面.10/15/202110.1.2静电平衡时的导体上的电荷分布在导体内任一点P处取一任意高斯面S.静电平衡时,导体内:由高斯

3、定理,有:在静电平衡时,导体所带的电荷只能分布在导体的表面上,导体内没有净电荷.结论1.实心导体：设导体带电荷+Q+Q+++++++++++10/15/20212.有空腔的导体：设空腔导体带电荷+Q(1)空腔导体内无电荷+Q在导体内取高斯面S.由高斯定理,有:静电平衡时,导体内:空腔内没有电荷时,导体内部和空腔内表面上都没有净电荷存在，电荷只分布在导体外表面.结论+++++++++++10/15/2021(2)空腔导体内带电荷+q+qQ--------q++++++++++++空腔内有电荷q时，空腔内表面感应出等值异号电量-q，导体外表面的电量为导体原带电量Q与感应电

4、量q的代数和.+q在导体内取高斯面S.由高斯定理,有:静电平衡时,导体内:－q结论10/15/20213.静电平衡导体表面附近的电场强度与导体表面电荷的关系设导体表面电荷面密度为:P是导体外紧靠导体表面的一点,相应的电场强度为:根据高斯定理:++++ds+++++10/15/2021孤立导体+++++++++++++++++++导体球孤立带电由实验可得以下定性的结论：在表面凸出的尖锐部分电荷面密度较大;在比较平坦部分电荷面密度较小;在表面凹进部分带电面密度最小.ABC4.处于静电平衡的孤立带电导体电荷分布10/15/202110.1.3静电屏蔽1.空腔导体,外面的带电

5、体不会影响空腔内部的电场分布;2.一个接地的空腔导体,空腔内的带电体对空腔外的物体不产生影响.由导体静电平衡知：AAB静电屏蔽CB10/15/2021结论应用：屏蔽室、屏蔽栅网、高压带电作业1.用空腔导体可以屏蔽外电场;2.用接地的空腔导体屏蔽内外电场.空腔导体(无论接地与否)将使腔内空间不受外电场的影响,而接地空腔导体将使外部空间不受空腔内的电场的影响.这就是空腔导体的静电屏蔽的作用.10/15/2021防静电屏蔽袋军用屏蔽帐篷法拉第笼防电磁辐射屏蔽服10/15/202110.1.4计算举例原则1.静电平衡的条件2.基本性质方程3.电荷守恒定律有导体存在时静电场的计

6、算10/15/2021两球半径分别为R1、R2,带电量q1、q2,设两球相距很远,当用导线将彼此连接时,电荷将如何分布？解：设用导线连接后，两球带电量为：R2R1例：由电荷守恒定律,有:10/15/2021设四个表面上的电荷面密度分别为1,2,3和4.例:两块放置很近的大导体板,面积均为S,试求以下情况空间的电场分布及导体板各面上的电荷面密度.解：不考虑边缘效应时,可认为电荷均匀分布在板表面上.两板所带电荷等值异号;两板带等值同号电荷;两极板带不等量电荷.作两底分别在两导体板内而侧面垂直于板面的闭合柱面为高斯面.Ox10/15/2021板内任一点P点的场强为:

7、ⅠⅡⅢ(1)设两板带等值异号电荷+q和-q：----电荷分布在极板内侧面ⅠⅡⅢOx10/15/2021由场强叠加原理有:方向向右ⅠⅡⅢ同理:10/15/2021(2)设两板带等值同号电荷+q：----电荷分布在极板外侧面由:有:ⅠⅡⅢ由场强叠加原理可得:方向向左方向向右10/15/2021(3)设两极板所带电量分别为q1和q2：得:由:10/15/2021由场强叠加原理有:ⅠⅡⅢ10/15/2021(1)导体球壳的电势;(2)离球心处的电势;+q-q+q解：电场的分布：例:点电荷q=4.0×10-10C,处在不带电导体球壳的中心，壳的内、外半径分别为