物理奥赛辅导7--静电场中的导体与电介质课件.ppt

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1、导体与电介质静电场中的电介质导体第七章conductoranddieletricinelectrostaticfieldchapter7本章内容本章内容Contentschapter7interactionofelectrostaticfieldwithconductor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导体静电感应静电场与导

2、体的相互作用静电场与导体的相互作用7-1interactionofelectrostaticfieldwithconductor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静电场与导体的相互作用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

3、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静电平衡条件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实心导体二、静电平衡时导体上的电荷分布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

4、况和等势性质空腔无荷导体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空腔有荷导体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静电屏蔽三、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

5、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平衡导体近场四、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近场公式证明四、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母线平行于表

6、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凡例已知金属球带电同心金属球壳带电的内外表面电量间的电势差与接触静电平衡后又如何解法提要：接触静电平衡后成等势体只在外表面有电荷，电量仍为电容7-2capacity电容一、孤立导体的电容某导体若其它导体及带电体足够远孤立导体称之为某孤立导体球孤立导体的电容定义：即导体为单位电势时所带的电量只与导体的形状和大小有关若使其带电量为则其电势为但比值只与球的大小有关任何孤立导体都有类似的电学性质以无穷远为电势零点，电容孤立导体电容电容一、孤立导体的电容某导体若其它导体及带电体足够远孤

7、立导体称之为某孤立导体球孤立导体的电容定义：即导体为单位电势时所带的电量只与导体的形状和大小有关若使其带电量为则其电势为但比值只与球的大小有关任何孤立导体都有类似的电学性质以无穷远为电势零点，孤立导体的电容定义：即导体为单位电势时所带的电量只与导体的形状和大小有关电容的单位法拉（F）1法拉（F）=1库仑（C）/1伏特（V）1微法（F）=10法拉（F）1皮法（F）=10微法（F）若将地球看作半径R=6.3710m的孤立导体球地球的电容=7.0810（F）地球=708（F）电容器电容二、电容器的电容电容器的电容定义：两导体面积很大相距很近，电荷集中分布于两导体

8、相对的表面，电场线集中在两导体间的狭窄区域，电势差受外界影响很小，