物理 静电场中的导体和介质

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1、一、导体的静电平衡无外电场时8-5静电场中的导体和电介质1导体的静电感应过程加上外电场后E外2导体的静电感应过程加上外电场后E外++3导体的静电感应过程加上外电场后E外+++4导体的静电感应过程加上外电场后E外+++++5导体的静电感应过程加上外电场后E外+++++6导体的静电感应过程+加上外电场后E外+++++++++7++++++++++导体达到静电平衡E外E感感应电荷感应电荷81、导体的静电平衡条件(1)导体内部任何一点的场强为零。(2)导体表面上任何一点的场强方向垂直于该点的表面(3)静电平衡时导体为等势体，导体表面为等势面。静电感应现象：导体上

2、的电荷在外电场的作用下发生重新分布而呈现出的带电现象静电平衡状态：导体内部和表面都没有电荷定向运动的状态场强电势内部：表面：9静电平衡时导体内无净电荷，所有电荷分布于外表面。2.电荷分布导体内作高斯面静电平衡时E=0，所以静电平衡时导体内无净电荷。高斯面证明：103.静电平衡时，导体表面附近的场强大小证明：导体表面附近E大小与表面上对应处的电荷面密度成正比11导线证明:即用导线连接两导体球则例：证明尖端放电、避雷针导体表面尖锐处R，，表面E4静电场中的孤立带电体：曲率半径反比于电荷面密度小大也大；导体表面平滑处R，，表面E大小也小；电风12空腔内表面

3、空腔内无其它带电体时,电荷只能分布在空腔导体的外表面。结论:空心的导体壳称为空腔导体，空出的区域叫做空腔i.空腔内无其它带电体的情况二、导体壳和静电屏蔽空腔导体具有静电屏蔽作用。例如：高压带电作业人员穿的导电纤维编织的工作服。13ii.空腔内有带电体的情况空腔内表面带有电荷。由电荷守恒定律，空腔导体的外表面出现与空腔内表面等值异号，所带电荷的总量与腔内带电体的电量等值异号。腔内电荷变化会引起腔外电场的变化。即与腔内带电体等值同号的感应电荷。14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、+++++++屏蔽外场屏蔽内场高压设备的金属栅网校测电子仪器的屏蔽室15电荷守恒定律静电平衡条件电荷分布三、有导体存在时场强和电势的计算16例1.已知R1R2R3qQ求①电荷及场强分布；球心的电势②如用导线连接A、B，再作计算解:由高斯定理得电荷分布场强分布17球心的电势场强分布18球壳外表面带电②用导线连接A、B，再作计算连接A、B，中和19电介质就是绝缘体。特点：电介质内无自由电荷。将电介质放入电场，表面出现极化电荷—介质的极化。外场极化场介质内部的场四、电介质的极化极化场E’削弱外场E0但不能抵消外场。1.介质的极化现象介质的极化现象直接影响介质内

5、部的场强分布。极化电荷20无外场时分子不显电性2.极化的微观机制（1）无极分子的极化①无极分子：②无极分子电介质处在外场中的情况：介质表面出现极化电荷。位移极化感应电偶极矩负电荷中心正电荷中心21(2)有极分子的极化①有极分子：无外电场时正负电荷中心不重合的分子。介质中的电偶极子排列杂乱,宏观不显极性。电偶极子在外场作用下发生转向。固有电偶极矩②有极分子电介质处在外场中的情况：转向极化介质表面出现极化电荷极化电荷被束缚在介质表面，无法引出——束缚电荷。223.有介质存在时的电场在无限大各向同性均匀电介质电场中外场极化场介质内部的场电介质的相对介电常数。真

6、空：介质：与介质种类有关为介质的介电常数。23五、介质中的高斯定理真空中:自由电荷代数和代入真空中高斯定理介质中:极化电荷的代数和定义：电位移矢量1.数学表达式电位移通量24定义：2.电位移矢量介质：真空：在各向同性均匀电介质电位移只与自由电荷的分布有关，与电介质的种类无关。25介质中的高斯定理的应用求D求E例3.在半径为的金属球之外有一层半径为的均匀介质层,如图所示.设介质的相对介电常数为,金属球带电量为,求介质内外的.分布解:介质内介质外26例4：两平行导体板间距为d,板的面积为S，面电荷密度为0,其间插有厚度为d’、相对介电常数为r的电介质，求

7、：P1、P2点的场强E；解：过P1点作高斯柱面,左右底面分别经过导体和P1点。高斯面27高斯面过P2点作高斯柱面,左右底面分别经过导体和P2点。同理28例5.已知：导体板A，面积为S(板面积远大于板厚度）、带电量Q，在其旁边放入导体板B。求：(1)A、B上的电荷分布及空间的电场分布(2)将B板接地，求电荷分布a点b点A板B板29解方程得:电荷分布场强分布两板之间板左侧板右侧30(2)将B板接地，求电荷分布板接地时电荷分布a点b点31场强分布电荷分布两板之间两板之外32静电平衡时导体内无净电荷，所有电荷分布于外表面。小结一、静电场中的导体静电感应现象导体在

8、外电场作用下发生电荷重新分布的现象。静电平衡状态导体内部和表面都没有电荷定向移动