物理b第八章静电场中的导体和电介质课件.ppt

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1、静电场中的导体和电介质第八章本章重点与难点重点:导体在电场中的性质;平行板、球形、圆柱形三类典型电容器的电容C计算和储能计算。难点:导体静电平衡有关概念的理解;有介质时的高斯定理。8.1静电场中的导体1静电感应现象+++++++++感应电荷+一静电平衡条件++++++++++++外电场中的导体平板++++++++导体内电场强度外电场强度感应电荷电场强度—导体内部和表面都没有电荷宏观移动的状态。2.静电平衡++++++导体是等势体(1)导体内部任何一点处的电场强度为零;(2)导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直.导体表面是等势面导体内部电势相等3静电平衡条件二静电

2、平衡时导体上电荷的分布结论导体内部无电荷1.实心导体++++++++++2空腔导体空腔内无电荷时电荷分布在表面内表面?外表面?高斯面若内表面带电,必等量异号与导体是等势体矛盾-+高斯面++++++++++结论电荷分布在外表面上(内表面无电荷)空腔内有电荷电荷分布在表面上问内表面上有电荷吗?结论当空腔内有电荷时,内表面因静电感应出现等值异号的电荷,外表面增加感应电荷.(电荷守恒)+++++++++++为表面电荷面密度作钱币形高斯面S三导体表面电场强度与电荷面密度的关系表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比+++++++++注意:导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有

3、关.导体表面电荷分布带电导体尖端附近电场最强带电导体尖端附近的电场特别大,可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象,即尖端放电.尖端放电会损耗电能,还会干扰精密测量和对通讯产生危害.然而尖端放电也有很广泛的应用.尖端放电现象尖端放电现象的利与弊静电感应电晕放电可靠接地带电云避雷针的工作原理++++-----++-+四静电屏蔽1.屏蔽外电场外电场空腔导体可以屏蔽外电场,使空腔内物体不受外电场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等.空腔导体屏蔽外电场接地空腔导体将使外部空间不受空腔内的电场影响.问:空间各部分的电场强度如何分布?接地导体电势为零2.屏蔽腔内

4、电场++++++++(1)(2)(3)(4)例.有一外表形状不规则的带电的空腔导体,比较、两点的电场强度和电势,应该是:()BA8.2静电场中的介质 电位移、有介质时的高斯定理+++++++++++-----------电介质对电场的影响相对电容率相对电容率电容率+++++++++++-----------电介质的极化无极分子电介质:(氢、甲烷、石蜡等)有极分子电介质:(水、有机玻璃等)++++++------+++++++++++-----------电介质中的电场强度极化电荷与自由电荷的关系电位移矢量(均匀介质)有介质时的高斯定理电容率有介质时先求注意(均匀介质)电

5、场强度例.常用的圆柱形电容器,是由半径为的长直圆柱导体和同轴的半径为的薄导体圆筒组成,并在直导体与导体圆筒之间充以相对电容率为的电介质.设直导体和圆筒单位长度上的电荷分别为和.求(1)电介质中的电场强度和电位移;(2)电介质内、外表面的极化电荷面密度.解(1)(2)由上题可知8.3电容电容器电容电容的大小仅与导体的形状、相对位置、其间的电介质有关.与所带电荷量无关.电容器电容的计算1)设两极板分别带电;2)求;3)求;4)求.步骤电容器的串联和并联1电容器的并联2电容器的串联++两电容电位差相同两电容所带电荷相同AB++++++------(2)两带电平板间的电场强度(

6、1)设两导体板分别带电(3)两带电平板间的电势差(4)平板电容器电容例1.平板电容器.如图所示,平板电容器由两个彼此靠得很近的平行极板A、B所组成,两极板的面积均为S,两极板间距为d.极板间充满相对电容率为的电介质.求此平板电容器的电容.(2)(1)设两导体圆柱面单位长度上分别带电解:(3)++++----例2.圆柱形电容器.如图所示,圆柱形电容器是由半径分别为和的两同轴圆柱面A和B所构成,且圆柱体的长度l比半径大的多.两圆柱面之间充以相对电容率为的电介质.求此圆柱形电容器的电容.平行板电容器电容(4)电容讨论:当时++++----++++++++*例3.球形电容器.球

7、形电容器是由半径分别为 和的两同心金属球壳所组成,两球壳间充以相对电容率为的电介质.外球带负电(  )解设内球带正电(  )++++++++*(孤立导体球电容)例:一平行板电容器,两极板之间的距离为d,对它充电后将电源断开,然后把电容器两极板之间的距离增大到2d,如果电容器的电场边缘效应可以忽律不计,则:(1)电容器的电容增大一倍(2)电容器所带的电量增大一倍(3)电容器两极板之间的电场强度增加一倍(4)储存在电容器中的电场能量增大一倍例:一平行板电容器的两极板接在直流电源上,若把电容器两极板之间的距离变为原来的两倍,则此时电容器中电场所

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