掌握导体静电平衡条件.ppt

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1、1.掌握导体静电平衡条件,并能用来确定典型导体的电荷分布。2.掌握导体电容的物理意义,掌握电容器电容的定义和计算方法。3.了解电介质的静电性质,能熟练运用有介质时的高斯定理计算充满均匀介质或电介质表面是等势面的电场的场强。4.理解静电场储能的概念,掌握电容器储能和由电场能量密度计算某些对称分布电场的能量。学习要求第六讲导体和电介质中的静电场1.导体静电平衡的条件(1)用电场强度描述(2)用电势描述:整个导体是等势体,表面是等势面。导体内部任一点的电场强度为零导体表面上任一点的电场强度垂直于该点的表面。(3)用电荷分布描述:导体内部没有电荷,电荷只分布在导体表面。且基

2、本概念和规律2.有介质存在时的电场当电场充满均匀介质或电介质表面是等势面时,介质中任一点的电场强度3.有介质时的高斯定理其中为高斯面内所有自由电荷的代数和电容器的电容三种常见的电容器：平行板电容器4.电容器电容圆柱形电容器的电容球形电容器的电容电容器的能量5.静电场的能量电场能量的体密度：电场能:电场能是整个电场的总能量当均匀电介质充满电场时计算电场能的步骤：1、计算2、能量密度3、对存在电场的整个空间积分求出电场能量1、设带电q2、计算3、代入公式计算电容的步骤：1.一个孤立导体球壳B带电量为Q,当另一个带电体A移近球壳B时，(1)球壳表面附近的场强沿什么方向?(

3、2)公式E=/0是否还适用?A对电场的影响如何体现?课堂讨论题答：球壳表面附近的场强沿垂直表面方向。答：E=/0仍然适用！A对电场的影响体现在球壳B上的电荷密度改变了。答：B球壳表面是等势面。若A带正电，则B球电势升高。(3)球壳B上电荷分布将发生什么变化?球壳表面还是不是等势面?(4)带电体A是否在球壳内产生电场?壳内场强是否还是零?(5)如果在球壳内放一个点电荷,它是否受到壳外带电体A的静电力作用?静电屏蔽如何体现?答：带电体A在球壳内产生电场，当静电平衡时和B球壳上的感应电荷所产生的电场抵消，即B壳内场强为零。答：如果在球壳内放一个点电荷,它将受到壳

4、外带电体A的静电力作用。静电屏蔽体现在所有的影响抵消。R3R1R2ABQq2.半径为R1的导体球A,带电量为q,其外同心地套一个导体球壳B,其内外半径分别为R2、R3,带电量为Q,试问:(1)若将球壳B接地,A、B上的电荷如何分布?(2)若将球A接地,A、B上的电荷如何分布?答：若B接地，则R1面上均匀分布Q1的电量,R2面上均匀分布–Q1的电量.R3面上无电荷。A球接地仅意味着电势为零!解出q既可.答：若将球壳B接地,再在距球心O为r处(r>R3)放一电荷q,则A、B两导体的电势仍然不变。B的电势为零，A球的电势等于A、B两导体的电势差，所以A球电势不变。R3R1

5、R2ABQqrq(4)若将球壳B接地,再在距球心O为r处(r>R3)放一电荷q,则A、B两导体的电势是否改变?A、B的电势差是否改变?为什么?(3)若在距球心O为r处(r>R3)放一电荷q,则A、B两导体的电势是否改变?A、B的电势差是否改变?答：若在距球心O为r处(r＞R3)放一电荷q,r＜R3空间的电场强度不变则A、B的电势差不改变。而r＞R3空间的电场强度变化，所以A、B两导体的电势改变。4.两块平行的大金属板A和B,面积均为S,相距为d,今将电荷Q给予A板,忽略边缘效应.试讨论:AB讨论:设两板两侧电荷面密度分别为1、2、3、4,金属板内场强为零,因

6、此:是静电平衡的直接结果！！(3)将B板的外侧接地,(4)将B板的内侧接地：与B板的外侧接地相同。作高斯面S1：ⅠⅡⅢ作高斯面S2:或直接写出：ABS2S1例：一半径为R导体球原来不带电，将它放在点电荷+q的电场中，感应电荷与点电荷相距d。(1)求导体球的电势(2)若导体球接地，求其上的感应电荷电量。(3)感应电荷在球心点产生的场？解：(1)导体球是个等势体oRd+q充分体现电势是标量的优越之处！叠加q1,(2)若导体球接地，设其上的感应电荷电量为(3)感应电荷在球心点产生的场？方向0q静电平衡条件oRd+qoR+qE0感应电荷在球内任一点所产生的场强与q的场强等值

7、反号！ER3R1R2QR4r5.位于球心的电荷Q>0,其外同心地套两个球壳,外球壳为导体,内球壳为介质,r=2,半径分别如图,试绘出:(1)电位移线和电场线的草图。(2)D-r曲线、E-r曲线和U-r曲线。红色——电位移线兰色——电场线,R3R1R2QR4rR3R1R2R4OrDUE6.平行板电容器被电源充电后,在不断开电源的情况下(1)将电容器的极板间距拉大。(2)将均匀介质充入两极板之间。(3)将一导体平板平行地插入两极板之间。试定性地讨论两板上的电荷、电容、极板之间电压、场强和储存能量的变化。若被电源充电后,断开电源的情况下又如何？U不变！平行板电容