大学物理静电场中的导体和电介质.ppt

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1、电磁学大学物理电子教案大学物理教研组编写：李绍新文德华范素芹卢义刚赵纯静电场中的导体和电介质本章教学要求：了解导体的静电平衡条件。了解介质的极化现象及其微观解释。了解各向同性介质中D和E之间的关系和区别。了解介质中的高斯定理,了解电容,了解电能密度的概念。本章重点：导体的静电平衡条件,导体表面附近的场强，各向同性介质中D和E之间的关系和区别。本章难点：介质的极化，介质中D和E之间的关系推导。返回目录下一页上一页静电场中的导体和电介质§12.1静电场中的导体§1静电场中的导体§4电容电容器§2静电场中的电介质§3有电介质时的高

2、斯定理电位移矢量§5静电场的能量静电场中的导体和电介质§1静电场中的导体一、导体的静电平衡条件导体中的自由电荷在外场的作用下可自由运动.返回本章目录下一页上一页当把导体放入外场中，导体中的电荷要重新分布，从而产生一个附加的场强，空间任意一点的场强是原有外场与附加场强之和。等势面电场线图静电场中的导体返回本章目录下一页上一页a.把一个不带电的导体放在均匀的外电场中。b.静电感应：导体的两端带上正、负电荷。静电平衡：导体内部的总的场强为零c.静电平衡后，空间的场强与电势分布abc静电场中的导体静电平衡状态：导体上的电荷和整个空间

3、的电场都达到稳定的分布。静电平衡条件：（1）导体内部场强处处为零。（2）导体是一个等势体。每一静电平衡状态下的导体，其内部的场强均为零，尽管各自都具有不同的电势，当它们彼此接触时，又会导致新的电荷分布与新的静电平衡状态，从而具有相同的电势。返回本章目录下一页上一页二、导体上的电荷分布1、实心导体内部无净电荷，电荷只能分布在导体表面。图a导体内无净电荷体的表面上，且导体上的电荷总是保持不变。返回本章目录下一页上一页在处于静电平衡的导体内，任取高斯面，如图a，因故，处于静电平衡的导体内部无净电荷（即电荷的体密度为零)。电荷只能分

4、布在导(导体中场强为零，净电荷密度为零，导体为等势体。）思考:空腔內表面是否可带等量异号电荷?答案:空腔內表面也处处没有电荷!纵剖面1）空腔内表面没有净电荷，电荷Q只分布在外部表面。2）空腔内部场强E=0，为一等势体。++++++++++++2导体空腔A）腔内无带电体QQ+-返回本章目录下一页上一页++++++++++纵剖面B）腔内有带电体（设内部电荷为q，空腔导体原来带电Q）结论：静电平衡时，空腔内表面带电-q，外表面带电q+Q。证明：作高斯面SS+q+q++++++++++--------返回本章目录下一页上一页在此基础

5、上导体外壳接地,外表面无电荷.2、电荷在导体表面的分布bac图导体表面电荷密度与表面曲率半径有关对于孤立的带电体，导体表面的电荷分布规律为：尖锐处,曲率大处（曲率半径小）面电荷密度大平缓处,曲率小处（曲率半径大）面电荷密度小返回本章目录下一页上一页三、导体表面附近的场强返回本章目录下一页上一页导体是一个等势体，导体面是一个等势面。导体表面附近的场强方向与面法线一致。导体++++++++++++紧贴导体表面作一圆柱形高斯面。三、导体表面附近的场强返回本章目录下一页上一页导体++++++++++++可见：曲率大处大大曲率小处

6、小小尖端放电与避雷针原理接静电起电机返回本章目录下一页上一页四、静电屏蔽1、空心导体的空腔内不受外界电场的影响（a）（b）（c）2、放在接地的空心导体空腔内的带电体对外界也不产生影响返回本章目录下一页上一页++++++++Q++++++++Q+++实验：+结论：一个接地的金属壳（网）既可防止壳外来的静电干扰，又可防止壳内的静电干扰壳外。外场进不去，内场出不来。返回本章目录下一页上一页1）测试用的屏蔽室2）无线电电路中的屏蔽罩、屏蔽线、高压带电作业中的均压服。3）变压器中的屏蔽层。初级次级3、静电屏蔽的应用返回本章目录下一页上

7、一页例1、带有电荷，半径为的实心导体球，同心地罩上一个带电，内径为，外径为的导体球壳。试求：（1）静电平衡时内球和球壳的电荷分布；（2）如图所示，A、B、C、D处的场强和电势；（3）用导线把内球和球壳相连，此时的电荷分布及A、B、C、D处的场强和电势又如何？（1）据静电平衡条件和高斯定理有：内球：电荷均匀分布在球面；球壳：内表面均匀分布；外表面均匀分布。ADCB返回本章目录下一页上一页（2）由高斯定理，可算得：返回本章目录下一页上一页ADCBADCB返回本章目录下一页上一页所以返回本章目录下一页上一页（3）用导线把内球与球壳

8、相连，则内球与球壳连成一导体整体。静电平衡时，电荷只分布于导体表面，故内球表面和球壳内表面都不带电，电荷均匀分布与球壳外表面，导体内场强为零，整个导体是一等势体，即ADCB返回本章目录下一页上一页AB例2、如图所示，在一接地导体A内有同心带电导体B，A外有一电量为Q的点电荷，已知点电荷与球