大学物理简明教程 下册 教学课件 作者 施卫 等 第十三章.ppt

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1、第十三章　静电场中的导体和电介质第一节　静电场中的导体　静电平衡第二节　电容　电容器第三节　电介质的极化第四节　电介质中的电场　电位移矢量第五节　电场的能量　能量密度第一节　静电场中的导体　静电平衡一、静电感应　导体的静电平衡条件二、在静电平衡条件下，导体上感应电荷的分布三、在静电平衡下导体表面电荷分布与导体表面曲率的关系一、静电感应　导体的静电平衡条件1)在导体内部任何一点的电场强度为零，即E=0。2)在导体表面上任何一点，电场强度E垂直于导体的表面。一、静电感应　导体的静电平衡条件图13-1　静电感应a)t=0时，E′=0，E=　b)t＞0时，E′＜，E=-E′　c

2、)t=∞时，E′=，E=0一、静电感应　导体的静电平衡条件图13-2　电场强度分解二、在静电平衡条件下，导体上感应电荷的分布1)当导体处于静电平衡时，导体内部没有净电荷，一切净电荷都分布在导体的表面上。2)对于内部有空腔的导体，当导体处于静电平衡时，一切净电荷都分布在导体的外表面上。3)如果导体空腔内部有电荷+q，如图13-3c所示，导体内表面上将出现-q的感应电荷，同时，外表面上的静电荷将变为Q+q。图13-3　静电平衡条件下导体上感应电荷的分布图13-4　静电屏蔽三、在静电平衡下导体表面电荷分布与导体表面曲率的关系1)如果利用导体球储存电量，则半径越大，储存能力越强；半

3、径越小，储存能力越弱。2)如果导体某个部分的曲率半径趋于无限小，则此处的电场强度趋于无限大，周围的空气被击穿，变成离子，与尖端上电荷同号的离子受到电场的作用而加速，在激烈运动中与中性分子发生碰撞，使中性分子进一步电离，与尖端上电荷异号的离子受到吸引而趋向尖端，与尖端上的电荷中和，使得导体上的电荷从尖端漏失。三、在静电平衡下导体表面电荷分布与导体表面曲率的关系图13-5　电场强度与电荷密度的关系三、在静电平衡下导体表面电荷分布与导体表面曲率的关系图13-6　电荷密度与曲率半径的关系三、在静电平衡下导体表面电荷分布与导体表面曲率的关系图13-7　尖端放电实验装置第二节　电容　电容

4、器一、孤立导体的电容二、电容器一、孤立导体的电容图13-8　平行板电容器二、电容器1.平行板电容器2.球形电容器3.圆柱形电容器1.平行板电容器1)由式(13-5)可以看出，电容的大小与电容器是否带电无关，只与极板间的介质及电容器的形状、尺寸有关，即电容是电容器本身的性质，是电容器储存电荷(或能量)能力的量度，与其他外界条件无关。2)由式(13-5)也可以看出，当极板间距保持常量时，平行板电容器的电容与极板面积成正比；当极板面积恒定时，平行板电容器的电容与极板面积成反比。2.球形电容器球形电容器是指由两个半径不同的同心导体球面所构成的电容器。3.圆柱形电容器图13-9　圆柱形

5、电容器第三节　电介质的极化一、有电介质的电容器二、电介质的极化一、有电介质的电容器图13-11　电介质不同的电容器并联二、电介质的极化1.无极分子的极化2.有极分子的极化1.无极分子的极化图13-12　无极分子的极化2.有极分子的极化图13-13　有极分子的极化第四节　电介质中的电场　电位移矢量一、电介质中的电场二、电位移矢量　电介质中的高斯定理一、电介质中的电场图13-14　电介质中的电场二、电位移矢量　电介质中的高斯定理13-15第五节　电场的能量　能量密度一、带电电容器的能量二、电场能量　能量密度一、带电电容器的能量图13-18　带电电容器的能量二、电场能量　能量密度电

6、容器之所以储存能量，是因为在外力的作用下，将电荷Q从一个极板搬到了另一个极板，因此，电容器能量的携带者是电荷；表明，在外力的作用下，使原来没有电场的电容器有了静电场，因此，能量的携带者是电场，在静电场范围内，场是伴随着电荷而产生的