高校大学物理第二章导体和电介质存在时的静电场课件

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1、第二章静电场中的导体和电介质§1静电场中的导体§2有导体存在时静电场场量的计算§3导体壳与静电屏蔽§4电容器及电容§5电介质及其极化§6电位移矢量§7静电场的能量一、导体的静电平衡无外电场时§1静电场中的导体导体的静电感应过程加上外电场后E外导体的静电感应过程加上外电场后E外+导体的静电感应过程加上外电场后E外++导体的静电感应过程加上外电场后E外+++++导体的静电感应过程加上外电场后E外+++导体的静电感应过程加上外电场后E外+++++导体的静电感应过程加上外电场后E外+++++导体的静电感应过程加上外电场后E外+++++++导体的静电感应过程加上外电场后E外++++++导体的静电感应过程

2、加上外电场后E外++++++++导体的静电感应过程+加上外电场后E外+++++++++导体的静电感应过程+加上外电场后E外+++++++++++++++++++导体达到静平衡E外E感感应电荷感应电荷⑴导体内部任意点的场强为零。⑵导体表面附近的场强方向处处与表面垂直。等势体等势面导体内导体表面处于静电平衡状态的导体，导体内部电场强度处处为零，整个导体是个等势体静电平衡条件1、导体是等势体，导体表面是等势面。2、导体内部处处没有未被抵消的净电荷，净电荷只分布在导体的表面上。3、导体以外，靠近导体表面附近处的场强大小与导体表面在该处的面电荷密度的关系为详细说明如下处于静电平衡状态的导体的性质：金属球

3、放入前电场为一均匀场1、导体表面附近的场强方向处处与表面垂直。金属球放入后电力线发生弯曲电场为一非均匀场+++++++2、导体内没有净电荷，未被抵消的净电荷只能分布在导体表面上。导体表面上的电荷分布情况，不仅与导体表面形状有关，还和它周围存在的其他带电体有关。静电场中的孤立带电体：导体上电荷面密度的大小与该处表面的曲率有关3、导体表面上的电荷分布曲率较大，表面尖而凸出部分，电荷面密度较大曲率较小，表面比较平坦部分，电荷面密度较小曲率为负，表面凹进去的部分，电荷面密度最小导线证明:即用导线连接两导体球则表面附近作圆柱形高斯面4、导体外部近表面处场强方向与该处导体表面垂直，大小与该处导体表面电荷面

4、密度e成正比。尖端放电尖端场强特别强，足以使周围空气分子电离而使空气被击穿，导致“尖端放电”。——形成“电风”§2有导体存在时静电场场的分析与计算原则:1.静电平衡的条件2.基本性质方程3.电荷守恒定律例1无限大的带电平面的场中平行放置一无限大金属平板求：金属板两面电荷面密度解:设金属板面电荷密度由对称性和电量守恒（1）导体体内任一点P场强为零（2）例2金属球A与金属球壳B同心放置求:1)电量分布已知：球A半径为带电为金属壳B内外半径分别为带电为2)球A和壳B的电势解：1)导体带电在表面球A的电量只可能在球的表面壳B有两个表面电量可能分布在内、外两个表面由于AB同心放置仍维持球对称电量在A

5、表面、B内表面分布均匀证明壳B上电量的分布：在B内紧贴内表面作高斯面S面S的电通量高斯定理电荷守恒定律外表面相当于孤立带电表面由于曲率相同所以均匀分布等效:在真空中三个均匀带电的球面利用叠加原理球面电荷单独存在时对电势的贡献第1个第2个第3个例3接地导体球附近有一点电荷q,如图所示。求:导体上感应电荷的电量解:接地即设:感应电量为Q由导体是个等势体知o点的电势为0由电势叠加原理有关系式：§3导体壳与静电屏蔽1、空腔内无带电体的情况腔体内表面不带电量，腔体外表面所带的电量为带电体所带总电量。导体上电荷面密度的大小与该处表面的曲率有关。腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异号，腔体外表面

6、所带的电量由电荷守恒定律决定。未引入q1时放入q1后2、空腔内有带电体+3、静电屏蔽接地封闭导体壳（或金属丝网）外部的场不受壳内电荷的影响。封闭导体壳（不论接地与否）内部的电场不受外电场的影响；++++§4电容器及电容一、孤立导体的电容孤立导体：附近没有其他导体和带电体单位：法拉（F）、微法拉（F）、皮法拉（pF）孤立导体的电容孤立导体球的电容C=40R电容——使导体升高单位电势所需的电量。例求真空中孤立导体球的电容(如图)设球带电为Q解：导体球电势导体球电容介质几何例：欲得到1F的电容孤立导体球的半径？由孤立导体球电容公式知实在难啊！1、电容器的电容导体组合,使之不受周围导体的影响——

7、电容器电容器的电容：当电容器的两极板分别带有等值异号电荷q时，电量q与两极板间相应的电势差uA-uB的比值。二、电容器及电容腔内导体表面与壳的内表面形状及相对位置几何条件内表面(本题3分)1115金属球A与同心球壳B组成电容器，球A上带电荷q，壳B上带电荷Q，测得球与壳间电势差为UAB，可知该电容器的电容值为(A)q/UAB(B)Q/UAB(C)(q+Q)/UAB(D)(q+Q)/2UABOABq