[理学]大学物理课件—— 导体和电介质中的静电场.ppt

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1、静电场中的电介质导体第2章conductoranddieletricinelectrostaticfieldchapter21本章内容Contentschapter2interactionofelectrostaticfieldwithconductor电容capacity静电场与介质的相互作用interactionofelectrostaticfieldwithdielectric介质中的高斯定理Gausstheoremindielectric电场的能量energyofelectricfield电场与导体的相互作用2导体静电感应静电场与导体的相互作用静电场与导体的相互作用2-1inter

2、actionofelectrostaticfieldwithconductor一、导体的静电平衡导体内有大量自由电子。自由电子在导体内作不停的热运动若导体无外加电荷或不受外电场作用自由电子分布均匀导体整体不显电性若施以外电场自由电子定向漂移电荷重新分布导体两端出现等量异号电荷称为静电感应静电感应所产生的感生电荷产生一个附加电场导体内合电场为静电场与导体的相互作用§2.1静电场与导体的相互作用3导体静电平衡静电场与导体的相互作用静电场与导体的相互作用导体内有大量自由电子。一、导体的静电平衡若施以外电场自由电子定向漂移电荷重新分布导体两端出现等量异号电荷称为静电感应静电感应所产生的感生电荷产生

3、一个附加电场导体内合电场为导体内合电场为静电平衡导体达到导体内合电场自由电子停止定向漂移自由电子不断漂移附加电场不断增大4导体达到静电平衡的条件是导体内部的场强处处为零导体表面的场强处处垂直于导体表面导体内不论导体的内部或表面，均无电子作定向运动此时导体的整体成为等势体表面等势面成为5二、静电平衡时导体上的电荷分布1.实心导体因静电平衡时导体内处处在导体内任意区域作高斯面导体内部处处无凈电荷凈电荷只能分布于其外表面根据导体的静电平衡条件及静电场的高斯定理导体内讨论三类典型情况和等势性质62.腔内无电荷的空腔导体因静电平衡时导体内处处作高斯面在导体内包围空腔面上处处可能可能内表面无电荷内表面

4、有等量异号电荷腔内无电荷的空腔导体其电荷只能分布在导体的外表面成立与静电平衡时导体为等势体相矛盾排除此可能性73.腔内有电荷的空腔导体设导体原已带有电量空腔内电荷的电量因静电平衡时导体内处处作高斯面在导体内包围空腔面上处处空腔内电荷电量导体内表面分布的电量因本系统的导体中电荷守恒导体外表面分布的电量为8三、静电屏蔽利用封闭导体壳隔离静电场的影响封闭导体壳不论是否接地，内部电场不受壳外电荷影响接地封闭导体壳外部电场，不受壳内电荷的影响腔内位置变化无影响腔内电量变化有影响若不接地9四、静电平衡状态下导体表面附进的场强不论自身是否带电不论外部电荷的电场如何复杂一旦静电平衡在导体内处处为零一切电荷

5、的合场强在导体外于表面附近处处与表面垂直某导体必有若此时导体表面某处的电荷面密度为贴近该处表面的外部场强大小为10四、静电平衡状态下导体表面附进的场强不论自身是否带电不论外部电荷的电场如何复杂一旦静电平衡在导体内处处为零一切电荷的合场强在导体外于表面附近处处与表面垂直某导体若此时导体表面某处的电荷面密度为贴近该处表面的外部场强大小为必有证明作一圆柱形微薄高斯面法线平行于表面电场两底面分别处在导体内、外设两底面积均为由高斯定理側面电通量导体内的底面电通量11处于静电平衡的孤立带电导体电荷分布表面曲率越大，面电荷密度越大。尖端放电现象孤立导体+++++++++++++++++++导体球孤立带电

6、ABC12原则1.静电平衡的条件2.基本性质方程3.电荷守恒定律高斯定理场强环路定理五、有导体存在时静电场的计算13例1、两块放置很近的大导体板，面积均为S，两极板带电量分别为q1和q2,试分析1）导体板各面上的电荷面密度,2）若q1等于q2空间的电场分布情况；解:设四个表面上的电荷面密度分别为1,2,3和4————14a.作两底分别在两导体板内而侧面垂直于板面的闭合柱面为高斯面；b.板内任一点P点的场强为：ⅠⅡⅢ————15由式得：讨论：a>若两板带等值异号电荷+q和-q；可得*b>若两板带等值同号电荷+q；有ⅠⅡⅢⅠⅡⅢ16例2、金属板面积为S，带电量为q。近旁

7、平行放置第二块不带电金属板。求电荷分布和电场分布；解：依题意有下式：pABC选取如图高斯面，根据高斯定理有：图示P点的场强是四个带电面产生的，17图示P点的场强是四个带电面产生的，电场方向朝左方向朝右方向朝右pABC思考：把第二块金属板接地，情况如何？18求:1)电场分布2)用导线将球和球壳连接时电场分布怎样?3)外球壳接地时怎样?例3半径为r1的导体球带有电荷+q,球外有一个内外半径分别为r2、r3的同心导体球壳，壳上