静电场中的导体和电介质课件.ppt

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1、静电场中的导体与电介质第十二章本章内容本章内容Contentschapter6静电场中的导体12－112－2静电场中的电介质12－3高斯定理在电介质中的表达12－4电容器及其电容12－5静电场的能量教学内容：教学重点：教学难点：本堂课要求静电平衡时导体内电荷的分布静电场中的导体12-11.导体的静电平衡条件2.高斯定理在导体静电平衡时的运用第一节静电场中的导体12-1静电感应一、静电平衡条件导体内有大量自由电子它们不停地作热运动无外电场时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平衡静电感应所产生的感生电荷产生一个

2、附加电场导体内合电场为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导体达到导体内合电场静电平衡条件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导体达到静电平衡的条件是导体内部的场强处处为零1.导体表面的场强处处垂直于导体表面2.定性示例+++++++++++-----------导体导体0内等势等势处于静电平衡状态下的导体，尽管导体表面呈现有正、负电荷分布，而且电荷的面密度随表面曲率变化而有所不同，但导体表面以及整个导体中的任何两点之间都不会有电势差。实心导体二、静电平衡时导体上的电荷分布因静电平衡时导体内处处在导体内任意区域作

3、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实心导体1.实验空腔无荷导体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2.空腔有荷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腔内有电荷的空腔导体3.曲率问题孤立导体面电荷密

4、度与曲率的关系曲率半径较小（曲率较大）电荷密度较大曲率半径较大（曲率较小）电荷密度较小理论和实验都表明，导体表面上的电荷一般为非均匀分布，对于形状简单的孤立带电体，电荷的面密度大小与该处表面曲率有关.平衡导体近场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的电荷面密度为表面的外部场强大小为某点该点导体表面贴近必有静电平衡状态下导体表面附近的场强近场公式证明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的电荷面密度为表

5、面的外部场强大小为某点该点导体表面贴近必有四、静电平衡状态下导体表面附近的场强由高斯定理側面电通量导体内的底面电通量证明作一圆柱形微薄高斯面母线平行于表面电场两底面分别处在导体内、外设两底面积均为静电平衡状态下导体表面附近的场强带电导体尖端附近电场最强带电导体尖端附近的电场特别大,可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象,即尖端放电.尖端放电会损耗电能,还会干扰精密测量和对通讯产生危害.然而尖端放电也有很广泛的应用.尖端放电现象尖端放电现象的利与弊<电风实验>++++++++++注意区别无限大带电荷平面的场强静电平衡时导体表面附近的场强思考(如何用高斯定理快速得出下述结论)静

6、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例1.有一外半径R1为10cm,内半径R2为7cm的金属球壳内,有一个半径R3为5cm的同心金属球,若让小球与球壳都带上电荷量q=10-8C的正电荷,问两球体上电荷如何分布？球心的电势为多少？解：由对称性可知,小球表面上和球壳内外表面上的电荷分布是均匀的.小球上的电荷q将在球壳的内外表面上感应出-q和＋q的电荷球壳外表面上的总电荷量为2q.由高斯定理可求出场强分布方法一：由电势的定义式求球心的电势.球心的

7、电势为内球表面电荷q在球心的电势外球内表面电荷-q在球心的电势方法二：由电势叠加原理求球心的电势外球外表面电荷2q在球心的电势球心的电势为：例12-3.两块很大导体板A、B平行放置,面积为S,分别带电QA、QB.（1）求静电平衡时电荷的分布;（2）若A板带电Q,B板不带电,问两板上电荷及周围电场如何分布？解：(1)设两板各面电荷分布如图.有导体内PA、PB的场强为零,向右为正，有得：场点左取+(2)令，可得ⅡⅠⅢ各区域场强的分布：ⅡⅠⅢ本堂课小结1，导体的