大学物理-静电场中的导体和电介质.ppt

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1、第七章静电场中的导体和电介质按导电性能，材料分为：导体，绝缘体(电介质)和半导体。本章研究在金属导体，电介质(绝缘体)存在时对静电场的影响。金属导体的特征是：内部有大量的自由电子，称为电子气。而电介质内仅极少量的自由电子。因而，二者在电场中的表现不同。名句赏析问渠哪得清如许，为有源头活水来。返回内容提要静电场中的导体的内外场的性质电容电场能量静电场中的电介质中场的特点雷电奇观怒发冲冠第一节静电场中的导体一金属导体静电平衡条件+金属离子–自由电子金属导体内部微观电荷运动特征。金属导体内部正负电荷总量相等，从统

2、计平均看，内部处处无多余的电荷累积，呈电中性。金属金属在外场的作用下，自由电子的定向运动，使电荷在导体内局部堆积。电子在合场的驱动下，不断运动，一直到…。感应电荷感应电荷当导体内的电场为零时，电子的宏观定向运动停止，导体达到静电平衡。时间：静电平衡条件1.导体内部场强为零。2.导体是等势体，导体表面是等势面。3.导体表面处的场强与表面垂直。金属带电导体++++++证明2证明3（略）二.静电平衡下导体上电荷分布1.实心导体金属导体++++++++++++++高斯面结论：电荷分布在导体的表面上。2.空心导体空腔

3、内无带电体时金属导体++++++++++++++结论：导体上的电荷分布在外表面，腔内场强为零，而电势处处相同。腔内有带电体时高斯面结论：导体内表面上的电荷量同腔内净余电量，但异号。++++++++++––––––––++++++++带电导体+++++三.导体表面外侧附近的场强+s++此场强是空间所有电荷在导体表面附近的场强的合场。四带电导体上的电荷面密度与导体表面曲率的关系1尖端放电：由知，尖端附近场强大，达到一定程度时，可使空气被击穿，与尖端处的异号离子被吸引，与尖端处的电荷中和，使导体上的电荷减少，

4、称为尖端放电。理论和实验表明，带电导体达静电平衡时，电荷在表面曲率大处（曲率半径小）电荷密度较大，或讲表面尖端处电荷密度相对较大。（1）电晕现象：高压线的电晕现象（在尖端附近被电离的空气形成的离子与空气中的分子碰撞，使之激发，产生光辐射，形成电晕）等。为减小能量损失导体表面应光滑平坦。***演示电吹风等。（2）如高大建筑物遭雷击（物与云间放电）。防护：避雷针（避雷针与云间放电）。（3）森林火灾等。防护：高压设备做成球形等。***黄岛油库爆炸，球员毙命，农田，走路，油罐车的拖地金属链，纺织厂车间飞絮，----

5、等。应用：静电除尘，静电喷漆等。几毫米粗金属丝电离空气电子尘粒负离子。电压约金属腔带电体––––++++––––++++***高新科技应用：计算机屏蔽，电子设备屏蔽等，演示金属网的屏蔽作用五.静电屏蔽电力线终止在导体表面上，使空腔内物体不受外界电场的干扰，从而起到“保护作用”。电子仪器这表明，当金属腔内的带电体移动时，只改变腔内表面的电荷的分布，不影响外表面上的电荷的分布，但外表面上的感应电荷对壳外空间的电场有影响。若金属壳接地，则金属壳电势为零；内表面上感应电荷及腔内电荷的场对壳外空间的电场无影响。金属壳

6、起到静电屏蔽作用。金属壳––––––––––––++++++++++++––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––++++++++++++例7—1带电量为半径为的金属球，与一内外半径分别为,带电量为金属球壳同心。求电势的分布。++++++++金属球金属球壳解电荷分布为++++––––球壳内外表面上的电荷为和电势的分布：据电势的叠加原理，金属球内任一点为球壳的电势按定义，则金属球内的电势++++++++金属球金属球壳由高斯定律得场强的分布为++++++++金属球金属球

7、壳球与球壳间的电势差而球壳的电势为++++++++金属球金属球壳例题1若球壳接地，是否对电势及电势差有影响。2金属球移动，是否影响球壳内外的场。3当球偏心时，如何?讨论：例7—2如图示，一无限大的均匀带电金属板A，若把一大的属板B靠近A板，求B板上的电荷分布，二板的电势差。++++++++++++解：由电荷守恒定律和导体内场强为零及用高斯定律，可得B板上的电荷分部为（证明略）图示。+++++––––––二板的电势差若B板接地后，二板的电势差+++++++++++++++++––––––+++++++++++

8、+––––––––––––题目例7—3求A，B，C，D各面上电荷量。大导体带电平板解：P按高斯定律，有且要求高斯面按电量守恒，有解得例7---4一不带电的金属球外有一点电荷，如图示，求球心的场强和电势。点电荷解：因球面的感应电荷等量异号，故球心的电势为而球内场强处处为零。当球接地时，球心的场强几何﹖感应电荷若干﹖若点评求解静电场中的导体题目思路1用高斯定律，导体内场强为零及电荷守恒律求出电荷的分布。2按上章的规律