静电场中的导体解析课件.ppt

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1、静电场中的导体第四章第四章静电场中的导体从物质电结构理论的观点来看，任何物体都亦可能带电。按导电性能的不同，物体可分为三类，即1)导体：当物体的某部分带电后，如果能够把所带的电荷迅速地向其他部分传布开来，则这种物体称为导电体，简称导体。各种金属，碱、酸或盐的溶液即化学上的电解质，人体，地球等。引言2)电介质(绝缘体)：如果物体某部分带电后，其电荷只能停留在该部分，而不能显著地向其他部分传布，这种不导电的物体称为电介质，又称绝缘体。如：玻璃、石蜡、硬橡胶、塑料、松香、丝绸、瓷器、纯水、干燥空气等都是电介质。由于电介质很难导电，所以

2、它容易带电。3)半导体：导电性能介于它们导体和绝缘体两者之间的物质，叫半导体。◆本章主要内容：讨论导体带电和它周围的电场有什么关系，即介绍静电场的一般规律在有导体存在的情况下的具体应用。◆本章基本要求：理解静电场中导体的静电平衡条件，导体表面电荷的分布情况和静电屏蔽原理◆本章难点：掌握静电平衡状态下导体的电场特征及各点电势的计算，能分析导体上的电荷分布情况。4.1导体的静电平衡条件一.金属导体的电结构特征导体能够很好地导电，乃是由于导体中存在着大量可以自由移动的电荷。只讨论金属导体自由电子晶体点阵和自由电子示意图++++++++

3、++++从物质的电结构来看，金属导体具有带负电的自由电子和带正电的晶体点阵。当导体不带电也不受外电场的作用时，两种电荷在导体内均匀分布，都没有宏观移动，只有微观的热运动存在(见右图)。电中性从物质的电结构来看，金属导体具有带负电的自由电子和带正电的晶体点阵。当导体不带电也不受外电场的作用时，两种电荷在导体内均匀分布，都没有宏观移动，或者说电荷并没有作定向运动。这时，只有微观的热运动存在(见右图)。因此，在导体中任意划取的微小体积元内，自由电子的负电荷和晶体点阵上的正电荷的数目是相等的，整个导体或其中任一部分都不显现电性，而呈中性

4、。晶体点阵和自由电子示意图++++++++++++二.静电感应静电平衡条件+++++++++感生电荷1.静电感应现象导体上因静电感应而出现的电荷，称为感生电荷。++++++++++++++++++++导体内电场强度外电场强度感生电荷电场强度静电平衡将一块不带电的金属导体放入静电场中。导体内带负电的自由电子在电场力的作用下，将相对于晶体点阵逆着电场的方向作宏观的定向运动，从而改变导体上的电荷分布。电荷分布的改变导体内部的电场分布导体周围的电场分布改变静电平衡状态1)导体的静电平衡状态：导体内部和表面都没有电荷的定向移动。2)静电平

5、衡条件：◆导体内部任何一点的场强都等于零；◆导体表面紧邻处的场强必定和导体表面垂直。表面2.静电平衡条件证明(1)：如果导体内部有一点场强不为零，该点的自由电子就要在电场力作用下作定向运动，这就不是静电平衡了。证明(2)：若导体表面紧邻处的场强不垂直于导体表面，则场强将有沿表面的切向分量Et，使自由电子沿表面运动，整个导体仍无法维持静电平衡。++++++导体是等势体导体表面是等势面导体内部电势相等3)推论：处于静电平衡的导体是等势体当电势不同的导体相互接触或用另一导体（例如导线）连接时，导体间将出现电势差，引起电荷宏观的定向运动

6、，使电荷重新分布而改变原有的电势差，直至各个导体之间的电势相等、建立起新的静电平衡状态为止。注意++++++++++结论：导体内部无净电荷1.实心导体2.有空腔导体空腔内无电荷4.2静电平衡的导体上的电荷分布一.处于静电平衡的导体，其内部各处净电荷为零，电荷只分布在导体的外表面上。电荷分布在表面上++--疑问：内表面上有电荷吗？注意：封闭面S内的总电荷为零存在两种可能：导体的内表面无电荷；一是导体的内表面上一部分带正电，另一部分带负电，但其代数和为零。++--若内表面带电所以内表面不带电结论：电荷分布在外表面上（内表面无净电荷）

7、矛盾导体是等势体++++++++++空腔内有电荷电荷分布在表面上内表面上有电荷吗？结论：当空腔内有电荷时，内表面因静电感应出现等值异号的电荷，外表面有感生电荷（电荷守恒）。二.导体表面电场强度与电荷面密度的关系+++++++++++为表面电荷面密度作钱币形高斯面S结论：处于静电平衡的导体，其表面上各处的面电荷密度与当地表面紧邻处的电场强度的大小成正比。注意：电场实际上是所有电荷（包括该导体上的全部电荷以及导体外现有的其它电荷）产生的，E是这些电荷的合场强。+++++++++++作钱币形高斯面S三.导体表面电荷分布：孤立的导体处于

8、静电平衡时，它的表面各处的面电荷密度与各处表面的曲率有关，曲率越大的地方，面电荷密度也越大。+++++++++结论：导体表面电荷分布与导体形状有关。1.对于孤立的球形带电导体，由于球面上各部分的曲率相同，所以球面上电荷的分布是均匀的，面电荷密度在球面上处处相同。