导体的静电平衡性质概要课件.ppt

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1、第五章静电场中的导体和电介质第五章静电场中的导体和电介质[本章主要内容]*静电平衡时导体中的电场特征2、静电场中的电介质[本讲重点内容]*介质中的高斯定理3、电容和电容器1、导体的静电平衡性质4、静电场的能量教学基本要求1、了解导体的静电平衡现象及静电平衡的应用；2、理解静电平衡两个条件的含义，掌握有导体存在时场强与电势的计算；3、了解电介质极化现象及其描述方法；4、理解电位移矢量含义；5、会用电介质中的高斯定理解决常见问题；6、理解电容概念，掌握电容器电容的计算；7、掌握不同带电体系能量的计算。静电场导体、电介质相互作用相互影响感应电荷极化电荷电荷重新分布原有电场影响电场重新分布静电场中的导

2、体和电介质知识结构5-1导体的静电平衡性质[本节主要内容]1、导体的静电平衡[重点]*静电平衡条件2、静电平衡时导体上电荷的分布3、静电屏蔽*静电平衡时导体上电荷的分布导体的电结构(无外加电场时)正离子——通常的金属导体都是以金属键结合的晶体，处于晶格结点上的原子很容易失去外层的价电子，而成为正离子。导体——导电性能很好的材料(金属、电解质溶液）自由电子——脱离原子核束缚的价电子以在整个金属中自由运动，称自由电子。金属离子自由电子正离子以一定方式有规则排列成晶格点阵。有大量作无规则热运动的自由移动的自由电子。导体不带电或未受外电场作用时,导体内部正负电荷总量相等，从统计平均看,内部处处无多余的

3、电荷累积，呈电中性。宏观上正负电荷均匀分布,导体任何部分均呈电中性。没有电荷的定向运动,只有电子的无规则热运动。热平衡特征:任意微小体积元内,自由电子的负电荷和晶体点阵上的正电荷的数目相等,整个导体或其中任一部分都显现电中性.金属导体特征：存在大量的自由电子。一导体的静电平衡在均匀电场放入一导体的情况表面出现感应电荷电荷积累到一定程度电荷不动达到静电平衡内在静电场力的作用下，导体中自由电子将作宏观定向运动，使电荷产生重新分布，原来不显电性的导体显示出电性，这种现象称为静电感应现象。出现的电荷称为感应电荷。2.导体的静电平衡状态处于电场中的导体，由于静电感应(电子在电场力的作用下做定向运动)，导

4、体上出现感应电荷，感应电荷（电场）的出现又要影响原电场的分布。1.静电感应：(电场与导体的相互作用)感应电荷电场与外电场叠加使导体内电场为零，电子不再定向运动.导体球外电场为外电场和感应电荷电场的叠加.静电感应:静电平衡:导体内部和表面都没有电荷的宏观定向运动。+++++++导体球放入电场后电力线发生弯曲.导体表面不同部分出现正负电荷重新分布的现象.问题:达到静电平衡时导体表面电荷怎样分布?感应电荷：因静电感应而在导体两侧表面上出现的电荷。导体(带电或不带电)外电场中的导体平板静电感应现象过程外电场作用下自由电子作宏观定向运动电荷重新分布导体表面一端带负电,另一端带正电,称感应电荷.附加电场自

5、由电子宏观定向运动停止.静电平衡状态+++++++++++++++++3.导体的静电平衡条件电场描述反证法：若导体内电场有不为0的地方，该地方的自由电荷就要受到电场力的作用，而运动，即不是静电平衡了。反证法：若导体表面处电场强度的方向与导体表面不垂直，则电场强度沿表面将有切向分量，自由电子受到与该切向分量相应的电场力的作用，将沿表面运动，这不是静电平衡状态了。1、导体内部的场强处处为零。2、导体表面的场强与导体表面处处垂直。E+FE=0E静电平衡时导体中的电场特征反例电势描述1.导体为一等势体2.导体表面是一个等势面推论：静电平衡时，导体是等势体，导体表面是等势面。++++++导体内部电势相等

6、导体表面是等势面场强:电势:1、导体为一等势体2、导体表面是一个等势面静电平衡条件1、导体内部的场强处处为零。2、导体表面的场强与导体表面处处垂直。静电平衡时导体中的电场特征二静电平衡时导体上电荷的分布1、实心导体2、有空腔导体++++++++++空腔内无电荷高斯面是任意作出的导体中各处由高斯定理结论：空腔导体(体内无电荷)，电荷分布在外表面上（内表面无电荷）由高斯定理结论：静电平衡时，净电荷只分布在实心导体的表面，导体内部没有净电荷。问：内表面上有电荷吗？E=0S++++++++++++++++++++高斯面是任意作出的导体中各处若内表面带电∴内表面不带电++--结论电荷分布在外表面上（

7、内表面无电荷）++++++++++矛盾导体是等势体电荷分布在导体外表面,导体内部和内表面没净电荷.导体及空腔内无电场线，场强为零，导体及空腔为等势区域。问：内表面上有电荷吗？静电平衡时导体体内处处E=0所以,S面内包围的电荷为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+q时,内表面因静电感应出现等值异号的电荷-q，外表面增加感应电荷+q.（电荷守恒）Q是原导体所带电荷起始于