《有导体时的静电场》PPT课件.ppt

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1、§1物质的电性质§3电容与电容器§4电场中的电介质§5带电体系的静电能电场能量第二章有导体时的静电场§2静电场中的导体教学目的和要求（1）深刻理解导体静电平衡的条件和特点。（2）了解导体的电容和电容器。（3）掌握求电容的各种方法。（4）理解电场能量、能量密度概念，会求电场的能量。重点难点重点是导体静电平衡的特性，3、导体、绝缘体和半导体虽然所有固体都包含大量电子，但导电性能差异很大1）导体：导体中存在着大量的自由电子电子数密度很大，约为1022个/cm32）绝缘体基本上没有参与导电的自由电子3）半导体半

2、导体中自由电子数密度较小，约为1012～1019个/cm3一、重点1.导体的静电平衡条件；2.导体处于静电平衡时的性质。二、难点1.导体在静电平衡后的电荷分布；2.带电导体电场的计算。§2.1静电场中的导体1静电平衡状态当一带电体系中电荷静止不动，从而电场分布不变，称该体系达到静电平衡。2静电平衡条件导体内场强处处为零推论1：导体是个等势体，导体表面是个等势面。推论2：导体外表面电力线处处与表面垂直三、导体的静电平衡条件证明1ab证明2：导体表面为等势面，各点场强垂直表面四、电荷分布1.体内无电荷，电荷只分布

3、在导体表面上：证明：2.面电荷密度和场强E关系:s注意:仅在导体表面附近适用3.导体表面曲率和电荷密度的关系4.尖端放电电晕静电除尘例1有任意形状的带电导体，其表面的面电荷密度为，求表面上某处电荷元dS受到其余电荷作用的电场力.例2已知A、B为平行放置的两个无限大导体平板，A板带电A，B板带电B，讨论在静电平衡条件下两板的电荷分布。1234q§2.2封闭金属壳内的静电场1.腔内无电荷(无论导体是否带电)(a)导体内场强为零；(b)腔内空间场强处处为零；(c)导体、空腔为等势体；(d)内表面处

4、处没有电荷，电荷只分布在外表面。2.腔内有电荷q(a)导体内场强处处为零；(b)腔内表面感应电荷为-q,腔外壁总电荷为Q+q；(c)腔内电场不再为零，具体分布与腔内电荷有关；(d)导体外表面上的电荷分布与无空腔的导体相同。唯一性定理在由带电导体组成的带电体系产生的静电场中：当给定电场的边界条件，即给定包围电场的边界面S上的电势Us,给定S面内各导体的形状、大小及各导体之间的相对位置，同时再给定下列两条件之一：（1）S面内各导体的电势Ui（2）S面内各导体的电量qi则在以S为边界的电场空间内满足高斯定理和环路定

5、理的静电场的解是唯一的.静电屏蔽在静电平衡状态下，无论导体还是导体腔，内部没有电场，若把试验电荷放入，必不受电场力的作用。接地导体壳，可以使壳内外的电荷彼此不影响。例3一导体球壳A带电+Q，内外半径R1、R2，另有一导体球B，带电为+q，半径为r，同心地与A放置(1)若球壳A先接地然后再断开，求A球壳上的电荷分布及电势；(2)B球的电势及P点的电势(3)再使B球用导线经A球上的小孔接地，求A、B上的电荷分布与电势。q-qQ+q1.A接地后，A球电势为0带电为q’B球电势为P点电势为2.B接地后，B球电势为0，

6、带电为q’例4一半径为R的导体球，原来不带电，将它放在点电荷+q的电场中，球心与点电荷相距d。求导体球的电势。若将导体球接地，求其上的感应电荷电量。球心的电势110-310-610-910-12FmFF微nF纳pF皮§3电容与电容器孤立导体球，Q，电势一、孤立导体的电容孤立导体电容孤立球体电容单位：法拉（F）地球半径R＝6370kmC=7.08×10-4（F）电容器：通常由两块靠得很近的金属极板组成。电容器的电容：比较：弹簧的串并联，电阻的串并联，物理中由几个相同量纲量组成另一个同量纲量时，只有上面的组合。

7、三、电容器的联接串联：C1、C2并联：C1、C2二、电容器的电容四、电容器电容的计算(A)平行板电容器(B)球形电容器RARBq-qSD=0-QdABQ(C)圆柱形电容器-取高为h圆柱形高斯面RARBrh一、带电体系的静电能在引力场中，两物体相互靠近时，引力作正功，势能减少；反之势能增加。类似地，对静电体系，也可引入静电势能的概念。如，q1、q2构成的静电体系，体系从状态1变化到状态2，则电场力在这一过程中做的功可定义为体系在新旧两种状态中静电（势）能之差。进一步约定q1、q2处于无限远离时的静电能为0

8、，则它们处于任意状态时的静电能便有了明确值。对多个点电荷构成的静电电系也可类似地定义静电能。§4带电体系的静电能点电荷之间的相互作用能(1)两个点电荷的情形二、连续带电体的静电能静电能W：把电荷无限分割，并分散到相距无穷远时，电场力作的功。(1)只有一个带电体：三、电容器的能量讨论建立平行板电容器Q,-Q所需做的功:设电容为C,当两极板分别带有+q,-q时电势为U,如将dq的电荷从负极移到正极,外力