大学物理课件第九章

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1、第九章静电场中的导体和电介质前言1.真空中静电场与有导体，电介质存在时的静电场比较2.静电场中导体与电介质的研究（1）导体和电介质在静电场中引起物理现象（2）这些现象对原电场的影响（3）有导体和电介质存在时，静电场的计算一.静电场中的导体1.导体：有许多可以移动的自由电荷静电场中的导体金属导体：带正电的晶体点阵和自由电子自由电子导体不带电或无外电场时，电子做无规则运动，导体呈电中性。2.静电现象在外电场作用下，导体中电荷重新分布的现象----静电感应现象静电场中的导体无外电场时导体的静电感应过程加上外电场后E外++++++E

2、外+++++++++++++++++++导体达到静电平衡E外E感3.导体静电平衡状态：导体内没有电荷作定向运动(2)导体表面处电场强度方向与导体表面垂直（3）导体是一等势体(1)导体内部任一点的电场强度为零，即导体导体静电平衡条件静电场中的导体⑴导体内部任意一点的场强为零。⑵导体表面处的场强方向与该处表面垂直。（用反证法证明）等势体等势面导体内:导体表面:推论：导体是一等势体,表面是一等势面.证明:a.导体的静电平衡条件：“点”指宏观点；导体内部电荷只受静电力的情形。电荷只分布在表面，导体内部没有净电荷.1.实心导体证明

3、：在导体内任取高斯面S:S电荷分布在导体表面4、静电平衡时导体上的电荷分布2.空腔导体(1)腔内无带电体：空腔中无其它带电体,则电荷分布在外表面.证明：绕空腔取高斯面S:即空腔内表面上无净电荷.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，腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定。(2)腔内有带电体+q：未引入+q时+Q腔内表面也没有等量异号电荷.反证法证明：P+-Q与导体是一等势体矛盾.Q+q+qq-引入+q后5、导体静电平衡时的性质（1）电荷分布在导体的表面（2）孤立导体的面电荷分布与表面曲率成正比（3）导体表面外侧

4、的电场强度为该处表面的电荷面密度静电场中的导体带电导体外表面电荷分布规律曲率大处(尖、凸）,电荷面密度大.曲率小处(平、凹）,电荷面密度小.导线证明:即：将两相距足够远的导体球用导线连接则:说明：在导体表面上取一圆形面积元，以为底面作图示扁形的圆柱形高斯面，由高斯定理得静电场中的导体式中是与该点相对应处的电荷面密度静电场中的导体即得导体表面电荷面密度与其邻近处的关系写成矢量式为方向垂直于该表面6有导体存在时电场的计算提示：（1）静电场中引入导体后，由于电荷和电场分布的相互影响，问题更为复杂；（2）理解导体静电平衡条件和性质，

5、并能正确应用是关键；（3）再联系前一章的静电场普遍规律，去解决具体问题。静电场中的导体金属球放入前电场为一均匀场E+++++++E金属球放入后电力线发生弯曲,电场变为非均匀场导体上的电荷分布例1.有一块大金属板A,面积为S,带有电量Q,今在其附近平行地放入另一块金属板B(原来不带电),试求A,B板上的电荷分布和空间电场分布。如把B板接地,电荷分布如何变化?解:设达到静电平衡后,从左至右一共有四个带电平面，设其所带电荷的面密度依次为1、2、3、4。i)由电荷守恒定律:高斯定理:得:得:ii)B接地高斯定理:由电荷守恒定

6、律:例题2半径为的导体球均匀带电，另外一同心导体球壳均匀带电其半径分别为和求电场强度和电势的分布解：导体上电荷分布是:球壳内表面带电，外表面带电。静电场中的导体根据静电平衡条件和静电场的基本规律得电场分布静电场中的导体球体的电势方法一：静电场中的导体方法二：根据电势叠加原理，球体电势是由三个带电球壳在处的电势的叠加仿以上两种方法，同学们可自行计算得如下结果静电场中的导体静电场中的导体(3)接地后1E=qr2ε40πE2=0E3=0qR0R1R2q7静电屏蔽（1）空腔导体屏蔽外电场：空腔导体内部物体不受外电场的影响（2）接地的

7、导体空腔使外部空间不受腔内电场的影响静电场中的导体避雷针的工作原理云层带电绝大多数带电云底层带负电,顶层带正电接地电介质：所有绝缘体称为电介质，其特点是其内部没有自由电子。9-2静电场中的电介质一、电介质的结构和极化机制无外场时分子正负电荷中心重合+-在外场中无极分子正负电荷中心移位，等效于一个电偶极子电偶极矩与外电场方向一致介质表面出现极化电荷，介质内产生极化电场+++---+---+++-1.无极分子的位移极化:2)束缚电荷产生附加电场.2.有极分子的取向极化:+-+-FF电偶极矩趋于外电场的方向介质表面出现极化电荷，介

8、质内产生极化电场有极分子的无序排列注意1)极化作用将在电介质表面产生束缚电荷;无外场时分子正负电荷中心不重合二、电极化强度1.电极化强度:无外场在电介质中任取一宏观小体积V:介质不极化有外场介质被极化定义：电极化强度表示电介质的极化程度单位：当电介质处于确定的极化状态时，介质中每一宏观点