第13章 静电场中的导体和电介质资料ppt课件.ppt

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1、第13章静电场中的导体和电介质有导体和电介质存在时电场的分布及规律电容器及其电容静电场的能量本章主要内容1、静电感应现象:处于静电场中的导体，在其两侧出现等量异号电荷的现象叫做静电感应现象。产生的电荷称为感应电荷。13.1.1导体的静电平衡条件2、静电平衡:导体中(内部、表面)无电荷作宏观定向运动，从而形成的电荷分布稳定的状态。静电场中的导体§13.1导体为感应电荷产生的电场3、静电平衡的条件:A.若在导体内任取两点:即：处于静电平衡状态下的导体是等势体。导体表面是等势面。4、推论:B.若在导体表面任取两点:A.导体内部的场强处处为零。B.导体表面上紧贴导体外侧处，任意一点的场强垂直于该处的表

2、面。13.1.2处于静电平衡时实心导体的电荷分布因故所以∑q=013.1.3在静电平衡状态下，导体表面外附近空间的场强与该处导体表面的面电荷密度成正比。导体内任取一闭合曲面：作高斯面如图：可得:需要注意：是所有电荷产生的，而不只是由产生的。结论：处于静电平衡时，实心导体的电荷只能分布在导体表面上，导体内部无净电荷。任意形状的带电孤立导体，其表面的电荷分布只决定于表面形状，且曲率大的地方电荷面密度大，曲率小的地方电荷面密度小。13.1.4孤立导体表面上的电荷分布在表面凹进部分（ρ为负值）σ最小，E也最小。在表面凸出的尖锐部分(ρ为正值且较大)σ较大，E也较大.在比较平坦部分(ρ较小)σ较小，E也

3、较小.需要注意:孤立导体也可达到静电平衡.实验发现，带电孤立导体球表面电荷的分布是均匀的，孤立带电的长直导体、圆柱体或大的导体平板除了边缘外，它们的面电荷密度也是均匀的。举例推证上述结论：两个可视为孤立导体的球用导线连在一起，求其面电荷密度之比。(R>r)两球的电势相等:得：两球表面上的面电荷密度分别为：所以，两个金属球面上面电荷密度之比为：可见，导体表面所带电荷的面密度与表面的曲率成正比。尖端放电（电晕）:带电导体尖端附近的场强特别大，它可以使尖端附近的空气发生电离而产生大量的离子，带电粒子的运动就像是尖端上的电荷不断地向空气中释放一样。静电转轮、吹蜡烛高压输电线上的荧光(1)导体内部无电荷

4、，电荷只能分布在导体表面。(3)导体是个等势体，导体表面是个等势面。小结：（静电平衡）实际应用：避雷针高压电器设备的金属元件做成球型。1、导体空腔内无带电体（第一类导体空腔）性质：(2)空腔内无电场，腔体是等势体，空腔表面是等势面。(1)在静电平衡状态下，导体壳内表面无电荷，电荷只分布在外表面；空腔内电场为零是腔外电荷与腔外表面电荷共同作用的结果。思考：若内表面有一部分是正电荷，一部分是负电荷分布，如图（b），保证电荷代数和为零，是否可能？为什么？13.1.5导体空腔注意：2、导体空腔内有带电体（第二类导体空腔）性质1：在静电平衡时，导体壳内表面上所带电荷与腔内电荷的代数和为零。证明：在导体壳

5、内、外表面之间任取一高斯面性质2：导体空腔内表面上的电荷分布只由腔内带电体及空腔内表面形状决定，腔内电荷分布和电场不受腔外电荷的影响。(1)只改变腔内带电体的位置时，只有导体内表面的电荷分布发生改变，对腔外的电荷无影响。(2)当改变腔内带电体的电量时，导体外部电场也要随之而变化。[例]两导体上分别带有电量q和2q，都放在同一个封闭的金属壳内。证明：电荷为2q的导体电势高于金属壳的电势。说明：若导体空腔接地，腔内带电体对腔外空间无任何影响。接地的作用有两个：与大地保持等电势；与大地通过接地线交换电荷。A.导体空腔可以保护腔内空间不受腔外带电体的影响。13.1.6静电屏蔽：1)防止干扰(精密

6、测量上的仪器屏蔽罩、屏蔽室)2)高压带电作业人员的屏蔽服（均压服）。3)将高压设备放在接地的金属壳内。应用：B.接地的导体空腔可保护腔外空间不受腔内带电体的影响。利用导体空腔将腔内、外电场隔离，使之互不影响，这种作用称为静电屏蔽。[例13-1]两无限大带电平板导体。证明:1)相对的两面上，面电荷密度大小相等而符号相反；2)相背的两面上，面电荷密度大小相等而符号相同。两式相加，得：两式相减，得证明：设1、2、3、4面的面电荷密度为每个带电面产生的场强大小为在导体内部选P1、P2两点，则13.1.7有导体存在时静电场的分析与计算由电荷守恒定律，得：可解出:即:讨论:1)若qA=qB,则有:2)若q

7、A=－qB,则有:(1)静电平衡条件;(2)场强叠加原理;(3)电荷守恒定律求解本例题综合运用了:例题13-2试证在静电平衡时，带电导体表面处单位面积上受到的电场力为解：取面元dS,σ，导体内侧一点P,dS在该点产生的场强E1可用无限大带电平面的场强公式计算，即除dS之外,其它电荷在P点产生的场强为E2，则P总场强是导体表面所有电荷对该点场强的总贡献，即由静电平衡条件，导体内部的场强为零即则面元d