大学物理第6章 静电场中的导体与电介质ppt课件.ppt

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1、第6章静电场中的导体与电介质避雷针本章内容6.1静电场中的导体6.2静电场中的电介质6.3电容和电容器6.4静电场的能量和能量密度基本要求1.理解静电场中导体处于静电平衡时的条件，并能从静电平衡条件来分析带电导体在静电场中的电荷分布.2.了解电介质的极化及其微观机理，了解电位移矢量的概念，以及在各向同性介质中，电位移矢量和电场强度的关系.了解电介质中的高斯定理，并会用它来计算对称电场的电场强度.３.理解电容的定义，并能计算几何形状简单的电容器的电容.4.了解静电场是电场能量的携带者，了解电场能量密度的概念，能用能量密度计算电场能量.6

2、.1.1物质电性质的分类6.1静电场中的导体电阻率在数值上等于单位横截面、单位长度的物质电阻．它是定量反映物质传导电荷本领的物理量.物质的电阻率越小，其传导电荷的能力越强．物质的分类第一类为导体：转移和传导电荷能力很强的物质.电阻率为10-8～10-6Ωm第二类为绝缘体：转移和传导电荷能力很差的物质.电阻率为108～1018Ωm第三类为半导体：介于导体和绝缘体之间的物质.电阻率为10-5～107Ωm⑴⑵①②③6.1.2导体的静电平衡金属导体的电结构和静电感应现象⑴从导体的结构来看，金属导体是由大量带负电的自由电子和带正电的晶体点阵组成

3、，并且大量自由电子的存在是金属导电结构的重要特征．当导体不带电时，也不受外电场作用时，大量自由电子的负电荷和组成晶体点阵的大量正离子的正电荷相互中和，整个导体或其中一部分都是电中性的．这时,只有自由电子微观无序的热运动,没有宏面的定向运动．如果把导体放在外电场中，无论它原来是否带电，导体内的自由电子在外电场作用下，将相对于晶体点阵作宏观定向运动，引起导体上电荷重新分布．结果使导体左侧表面出现了多余的负电荷，右侧出现了多余的正电荷．把这种在外电场作用下，因内部自由电子的重新分布而在导体表面出现剩余电荷的现象，称为静电感应现象.导体上因静

4、电感应所产生的电荷，称为感应电荷．过程分析演示导体放入外电场中，产生感应电荷，感应电荷产生附加场.导体G外电场附加电场导体内部的电场正负带电极板间产生匀强电场导体内部合场强导体静电平衡条件导体内部任何一点处的场强为零.导体表面附近任何一点的场强方向处处垂直于该处的导体表面．-FE=0⑵①②演示1演示2导体静电平衡的性质整个导体是一个等势体，导体内部和表现电势处处相等．等势体等势面证明：内表面⑶①导体表面附近的电场强度与面上对应点的电荷面密度成正比．紧靠导体表面的P点作垂直于导体表面的小圆柱面，下底面在导体内部上底面下底面侧面②孤立导体

5、表面电荷面密度与表面曲率成正比．在表面凸出的尖锐部分(曲率是正值且较大)电荷面密度较大，在比较平坦部分(曲率较小)电荷面密度较小，在表面凹进部分带电面密度最小.孤立导体CBA证明：RrQq③实心导体QS在导体内部作任意高斯面S结论：实心导体内部电荷密度处处为零，电荷一定分布在导体表面上．6.1.3导体静电平衡时其上电荷分布情况⑴空腔内无带电体QS?在空腔内作任意高斯面内表面也不存在等量异号电荷,否则结论：空腔导体内没有带电体时，空腔的内表面处处无电荷，电荷只能分布在外表面，并且空腔内无电场．空腔导体⑵①空腔内有带电体SQ+q+q导体内

6、和外表面间任取高斯面空腔内表面感应出电量-q，外表面感应出电量+q，因此外表面总电量为Q+q.结论：空腔导体内有带电体时，空腔的内表面感应出等量异号的电荷，空腔的外表面感应出等量同号的电荷．②6.1.4导体静电平衡的应用尖端放电由于带电体的尖锐部分，电荷面密度很大，因而尖端或尖端附近有特别强的电场存在．通常情况下，虽然空气中存在着少量的离子，但还不足以导电．但是，如果在带电导体尖端附近的强电场影响下，这些少量的粒子在电场力作用下就会发生剧烈的运动，并与空气分子进行频繁的碰撞，产生出大量的新离子来，这样在金属尖端附近空气中离子数将大大增

7、加．在尖端强电场作用下，与尖端上电荷异号的离子将被吸引到尖端，与尖端电荷中和，从而使尖端上的电荷逐渐消失，这样尖端附近空气开始导电．这种使空气击穿成导体而产生的放电现象称为尖端放电，而离子的运动在尖端附近形成一股气流，称之为电风．人们无法用肉眼看出离子的运动，但可以感受到电风．因而电风常被用来演示尖端放电．⑴烛焰偏离针尖，就是由于电风“吹动”的结果带电云层避雷针的工作原理++++－－－－－++－+避雷针电场种子处理机静电屏蔽空腔导体屏蔽外电场接地的空腔导体屏蔽内电场⑵例1两块放置很近的大导体板，面积均为S，两板带电荷分别为q1和q2，

8、求导体板各表面的电荷面密度.设四个表面上的电荷面密度分别为1,2,3和4解:可认为板上电荷均匀分布在板表面上在板内任取一点P点，E=0①在另一板内任取一点Q点，则两板带电荷分别为q1和q2，则联立以上各式可得04