大学物理13 静电场中的导体和电介质

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1、“电风”吹蜡烛第13章静电场中的导体和电介质1第13章静电场中的导体和电介质§13.1导体的静电平衡§13.2电介质的极化电极化强度§13.3电位移矢量电介质中的静电场§13.4电容与电容器§13.5静电场的能量作业：练习册2本章导读仍然是静电场，场量仍然是：基本性质方程：讨论：静电场对导体和电介质的作用以及后者对前者的影响论述的根据是静电场的基本规律和导体与电介质的电结构特征。导体存在大量的可自由移动的电荷（conductor）；绝缘体理论上认为一个自由移动的电荷也没有也称电介质（dielectric）；半导体介于上述两者之间（semiconductor）。3一.导体的静电平

2、衡---+++---1.静电感应现象：§1导体的静电平衡有导体存在时电场的性质？电场一般利用带电导体形成。在静电场力作用下，导体中自由电子在电场力的作用下作宏观定向运动，使电荷产生重新分布的现象。2.静电平衡状态：导体内部和表面无自由电荷的定向移动—称电场和导体之间达到静电平衡4静电平衡的形成：E内=0，E表面表面E0+++++EE＝03.静电平衡的条件：导体内部E内=0，E表面表面。导体成为等势体，表面成为等势面。证：在导体上任取两点和51.导体内部净电荷处处为零，净电荷只能分布在表面上。证明：在导体内任取体积元由高斯定律体积元任取即导体内无净电荷二.静电平衡导体上的电

3、荷分布实心导体，电荷只分布在表面上。有空腔的导体，又如何呢？6++++++++++++证明:在导体壳内作高斯面S,因为导体体内场强处处为零腔内无带电体2)腔内无电场.1)内表面处处没有净电荷，电荷只分布在外表面上+-E等势体若有电场，将与静电平衡导体为等势体矛盾.?7++q导体壳-q+q+Q+Q腔内有带电体由导体内场强为零和高斯定理：内表面带与腔内带电体等量反号电荷。（Q是导体壳本身带的电量）【思考】移动腔内带电体或改变腔内带电体电量，是否影响内、外表面电荷分布？8++q导体壳-q+q+Q+Q导体空腔内有带电体时的电场分布①腔内的电场2)与空腔内带电体、几何因素、介质有关。1)

4、与电量q有关3)腔内的场与腔外(包括腔的外表面)电荷的电量及分布无关②腔外电场受腔内电量q的影响。若外壳接地，情况又是如何？【思考】？9+静电屏蔽---接地导体壳只与内部带电量及内部几何条件及介质有关腔外场只由外部带电量和外部几何条件及介质决定静电屏蔽：腔内、腔外的场互不影响的现象腔内场10汽车是个静电屏蔽室11法拉第对800千伏火花放电的屏蔽实验122.静电平衡导体表面上各处的电荷面密度与相应表面外侧紧邻处的电场强度大小成正比。导体导体表面P•设导体表面电荷面密度为设P是导体外紧靠导体表面的一点，电场强度为【思考】静电平衡导体电荷分布在表面，其电荷面密度又与什么相关呢？是小柱

5、体内电荷的贡献还是导体表【思考】面全部电荷的贡献？从推导中的哪一步可看出？133.孤立导体处于静电平衡时，表面曲率大处，面电荷密度大—电场强度大。+++++++++++++++++静电平衡导体尖端放电带电的尖端电场强，使附近的空气电离，因而产生放电。++++++避雷针14空气中的直流高压放电图片：15云层和大地间的闪电闪电的图片：16雷击尖端遭雷击后的草地17俘获闪电：激光束引起空气电离，使闪电改道Z形通道被迫冲向云层18场离子显微镜(FIM)金属尖端的强电场的应用一例原理：样品制成针尖形状，针尖与荧光膜之间加高压，样品附近极强的电场使吸附在表面的原子电离，氦离子沿电力线运动，

6、撞击荧光膜引起发光，从而获得样品表面的图象。荧光质导电膜+高压接真空泵或充氦气设备金属尖端接地19FIMimageofpureAlat7kVand15KVOxford大学的几个图片FIMimageofWcontainingtwograinboundaries历史上首次能看到原子的显微镜是场离子显微镜（FIM），它是米勒（ErwinW.Müller）在1951年发明的。只能探测在半径小于100nm的针尖上的原子结构和二维几何性质，且制样技术复杂。TheFIM100conventionalatomprobe实际照片20原则:1.静电平衡的条件2.基本性质方程3.电荷守恒定律三.有导

7、体存在时静电场的分析与计算21例13.1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,即由电势叠加原理有关系式：22例1一大金属平板面积为S,带电量Q，当在其附近平行放置另一块大金属板，此板不带电。（忽略金属板的边缘效应）求：IIIIIIP•Q1.静电平衡下,金属板的电荷分布及周围空间的电场分布。2.若把第二块金属板接地，以上结果如何？23解：1.IIIIIIP•Q根据电荷守恒高斯面根据高斯定律有静电平衡条件解得