大学物理-第3章 静电场中的导体.ppt

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1、第三章静电场中的导体1工人正在带电检修高压输电线路。2本章目录导体的静电平衡条件处于静电平衡下导体电荷的分布静电屏蔽静电的应用3教学要求了解导体的内部结构，掌握导体的静电感应现象及其静电平衡条件；运用静电平衡条件分析导体在静电场中的电荷、场强、电势的分布问题；掌握静电屏蔽的原理及其应用；了解静电在生产生活中的其他应用。4物质按照电学性质分类：导体、半导体、电介质（绝缘体）1)导体(conductor[kən'dʌktə])导电能力极强的物体(存在大量可自由移动的电荷，其中金属导体的自由电荷是自由电子)2)绝缘体（电介质,dielectric[,daɪɪ'lektrɪk]）导电能力极弱或不

2、能导电的物体3)半导体(semiconductor[,semɪkən'dʌktə])导电能力介于上述两者之间的物体5§3.1导体的静电平衡条件（electrostaticequilibrium）3.1.1静电感应现象静电平衡1.金属导体的结构特征由带正电的晶体点阵和可以在导体中移动的自由电子组成。在没有外电场时，自由电子处于自由热运动中，金属导体内部的正、负电荷均匀分布，呈电中性。[ɪ,lektrə(ʊ)'stætɪk][,iːkwɪ'lɪbrɪəm]6当金属导体处于外电场中时，这种电中性的状态将被打破！！7————导体内电荷在外电场作用下重新分布的现象+++++++++感应电荷2.静电

3、感应现象+8无外电场时：自由电子无序分布3.静电感应过程9加上外电场后：自由电子沿外电场反方向运动E外10E外+加上外电场后：自由电子沿外电场反方向运动11E外++加上外电场后：自由电子沿外电场反方向运动12E外+++++加上外电场后：自由电子沿外电场反方向运动13E外+++++加上外电场后：自由电子沿外电场反方向运动14E外+++++++加上外电场后：自由电子沿外电场反方向运动15E外++++++++加上外电场后：自由电子沿外电场反方向运动16+E外+++++++++加上外电场后：自由电子沿外电场反方向运动17导体达到静电平衡++++++++++E外E感感应电荷感应电荷18导体进入外电

4、场后，自由电子将在电场力的作用下定向运动，从而在左、右两端分别出现富余的负、正电荷,称为感应电荷。感应电荷建立起附加电场E感，导体中的总电场为E=E0+E感。如果E0>E感，则自由电子将继续定向移动，感应电荷增加，附加电场加强；直到称导体达到了静电平衡状态。3.1.2导体的静电平衡条件1静电平衡状态19导体内部任一点的电场强度都为零。（导体内无电力线，内部场强处处为零）静电平衡状态：导体内部和表面都无电荷的定向移动的状态。（导体上电荷及空间电场分布达到稳定）导体处于静电平衡状态的条件为：导体表面任一点的电场强度都与导体表面垂直。202.导体在静电平衡状态下的一些特殊性质导体是等势体，导

5、体表面是等势面。在导体内部任取两点P和Q，它们之间的电势差可以表示为导体表面的电场强度方向与导体的表面相垂直。导体上感应电荷对原来的外加电场施加影响，改变其分布。21金属球放入前电场为一匀强电场22金属球放入后电力线发生弯曲电场为一非均匀场+++++++23例题3-1：一个点电荷带正电荷+Q，置于不带电导体球外P点，求导体上所有感应电荷在导体内a点处产生的电场。+QPa++++++－－－－－－－－（已知P与a相距s）24§3.2处于静电平衡下导体电荷的分布1.实心导体的情况：结论：导体内部无净余电荷，电荷只分布在导体表面.S-+-++-252.空腔导体的情况：空腔内无电荷，高斯面上任一

6、点的场强为零，则在空腔内表面无净电荷。++++++＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋空腔内有带电体q时，空腔内表面感应电荷为-q，导体外表面感应电荷为q。26例题3-2有一无限大带电平面，其电荷面密度为0。在它形成的电场中平行放置一无限大金属平板。求：金属板两个表面的电荷面密度？(1)导体内场强为零（三层电荷产生）(2)(3)联立(1)、(3)可得：解：带电平面面电荷密度0，导体两面感应电荷面密度分别为1和2，由电荷守恒有σ0σ1σ227例题3-3半径为R的孤立金属球接地，与球心相距l处有一点电荷+q且l>R。求球上的感应电荷Q。由电势叠加原理知，球心处的电势等于点电荷＋q及感应电荷Q在点O

7、产生电势的代数和，q在球心处产生的电势为：感应电荷在球心处的电势为：则点O处的电势为：解：因金属球在静电平衡状态下是等势体，且又与地相连接，即V=0，所以球心处的电势也等于零。接地导体电势处处为零。关键28作扁圆柱形高斯面3.导体表面附近场强与电荷面密度的关系+++++++S29+++++++++301）导体表面凸出而尖锐的地方（曲率较大）电荷面密度较大2）导体表面平坦的地方（曲率较小）电荷面密度较小3）导体表面凹进去的地方（曲