电磁学EM2-1、2

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1、第九章静电场中的导体和电介质Chapter9TheConductorandDielectricintheElectrostaticField大学物理学山西大学物电学院物体的导电性划分：1.导体(conductor)：当某部分带电后，能够迅速把所获电荷向其它地方传播的物体。特点是内部存在大量的自由电子。2.绝缘体(dielectric)：当某部分带电后，其电荷只能停留在该部分，而不能显著向其它地方传播，即不导电的物体。又称为电介质。3.半导体(semiconductor)：导电性介于上述两者之间的物体。引言(Introduction)在电场

2、的作用下，导体和电介质中的电荷分布会发生变化，这种改变了的电荷分布又会反过来影响电场分布，最后达到静电平衡。处于静电场中的导体，会出现静电感应现象。处于静电场中的电介质，会产生极化现象。本章讨论静电场与物质的这种相互作用规律，以及静电场的能量。掌握导体的静电平衡条件，并能运用这个条件分析导体中的电荷分布，计算存在导体时静电场中的场强和电势分布；理解电容的定义，并掌握电容器电容的计算，包括电容器串并联的特点和计算；了解两类电介质极化的微观机制及宏观束缚电荷的产生；理解电位移的定义及有电介质存在时的高斯定理的意义，并掌握利用它求解有电介质存在

3、时具有特定对称性的电场问题；掌握电容器储能公式和静电场能量的计算方法。学习要求本章习题：9-1，2，3，5～9,11-14.§9.1静电场中的导体一、导体的静电平衡条件导体内部及表面上的电荷都无定向运动（1）导体内部任一点的场强为零（2）导体表面任一点场强方向垂直于表面导体是一个等势体导体表面是一个等势面2.导体上电荷的分布(1)导体处于静电平衡状态时，内部无净电荷，电荷分部在外表面。高斯定理证明导体的静电平衡(electrostaticequilibrium)外加静电场附加电场+++---1.静电感应由外电场引起的导体表面电荷的重新分布

4、1)实心导体：内部没有净电荷，电荷只分布在导体表面上2)空腔导体①腔内没有电荷：电荷只分布在导体外表面上E=0++++++++++++++++++++++++++++++++E=0②腔内有电荷qa.电荷分布:b.可用高斯定理、静电平衡条件、电荷守恒定律证明。++++++++++++++++q-------qQ+qE≠0E=0(2)电荷在导体外表面上的分布曲率大的地方电荷面密度大(3)导体表面的场强与电荷面密度e的关系根据高斯定理+++++++++++作钱币形高斯面SrQqRrQqR+++++++++++++++++++++++(4)导体

5、表面场强同表面曲率的关系实验的定性分布其表面处面电荷密度与该表面曲率有关1)在表面凸出的尖锐部分(为正值且较大)较大，E也较大；2)在比较平坦部分(较小)较小，E也较小；3)在表面凹进(为负值)部分最小，E也最小。在强电场作用下，物体曲率大的地方附近，空气被电离而产生气体放电现象(在暗处可以看到其表面附近隐隐地笼罩着一层光晕，称为电晕)，称为电晕放电。3.尖端放电(pointdischarge)1）现象──尖端放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象．++++++++++2）应用避雷针(Lightni

6、ngRod)场离子显微镜静电发生器这是一种能产生静电高压的设备。它的顶部是一个球型的高压电极，在下部底箱内有一直流高压电源。表演者站在绝缘台上,手放在球上，身体的电位与球壳一起升高，由于头发具有微弱的导电性，一部分电荷传到头发上使头发带上同种电荷，产生静电斥力，便出现了“怒发冲冠”的奇妙景象。二、静电屏蔽1.空腔导体屏蔽外电场外电场空腔导体屏蔽外场在静电平衡状态下，空腔导体外面的电场或带电体不会影响空腔内部的电场分布。外电场2.接地空腔导体屏蔽内外场接地空腔导体屏蔽内外场q一个接地的空腔导体，空腔内的带电体对腔外的物体不会产生影响。这种使

7、导体空腔内的电场不受外界影响或利用接地的空腔导体将腔内带电体对外界影响隔绝的现象，称为静电屏蔽。三、有导体存在时静电场场量的计算原则1.静电平衡的条件2.基本性质方程3.电荷守恒定律[例]两块大导体平板，面积为S，分别带电q1和q2，两极板间距远小于平板的线度。求平板各表面的电荷密度。解：2341q1q2BA电荷守恒由静电平衡条件，导体板内E=0。2341q1q2BA特例：当两平板带等量的相反电荷时，电荷只分布在两个平板的内表面！由此可知：两平板外侧电场强度为零，内侧-------这就是平板电容器。[例]在内外半径分别为R

8、1和R2的导体球壳内，有一个半径为R的导体小球，小球与球壳同心，让小球与球壳分别带上电荷量q和Q。试求：1)小球的电势Ur，球壳内、外表面的电势；2)两球的电势差；3)若球壳接地，再求小球与球