大学物理静电场(六)ppt课件.ppt

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1、§8.7静电场中的导体前面讨论了真空中静电场的规律。在实际问题中,常需要一定形状的电场分布。把导体或介质引入电场,场和物质发生相互作用,导体的引入对电场的分布起到调整和控制作用。下面先来看电场和导体的相互作用规律：导体指金属导体，含有大量可自由移动的电子。正常情况下不显电性。+++++++++++++++++++A球均匀带电AQ引入导体后：++++++++++++AQ导体+++－－－－++q-q导体引入电场后，发生相互作用。当导体与电场的相互作用过程结束后，空间出现稳定的、唯一的电荷分布对应一个静电场我们讨论该电场的性质（）1一.导体静电平衡条件（导体和电场相

2、互作用结束的标志）导体达到静电平衡一般指：导体进入电场，导体中电荷重新分布——静电感应给导体带电，导体中电荷分布达到稳定——导体带电首先分析导体的静电平衡过程：--s+s-s+s+++----s+s+++-----+++s/-s/e在作用下向左运动导体二侧出现感应电荷±s/出现但e继续向左运动当时导体内e受力平衡，运动停止，达到静电平衡2静电平衡条件导体内部：电场强度处处为零导体表面：以上条件是分析静电场中导体性质的前提若,则e在作用下定向运动,即没有达到静电平衡。若和表面不垂直，则e在作用下沿表面运动，即没有达到静电平衡。推论：导体是等势体，其表面是等势面3

3、二.静电平衡下导体上电荷的分布1.分布在哪里？（1）实心导体带电Q所以：导体内无静电荷，Q只分布在外表面上+Q++++++++++++++++++S证：体内任取闭合面S则即：面内，而S为任取4（2）有空腔的导体带电Q+Q++++++++++++++++++腔内无电荷：Q只分布在外表面上，内表面不带电（同实心导体）反证：设导体若内表面有电荷，则腔内——与平衡条件违背++++----ba5q腔内有电荷q：又：腔内有q，所以：内表面带电必为-qQ+q++++++++++++++++++导体内表面带电-q导体外表面带电Q+q---------------qS证：在导体

4、内一取闭合面SS上又从电荷守恒定律：外表面带电必为Q+q62.电荷在表面上具体的分布对孤立导体而言：表面曲率越大，面电荷密度s越大表面曲率越小，面电荷密度s越小如孤立导体球：曲率处处相同，s均匀分布。任意形状导体：s按曲率分布+++++++++++3.导体表面等于多少？（指表面外附近一点）+++++设：P点是导体表面外附近一点，如图作一扁圆柱形高斯面7P点的不是仅由电荷决定，而是导体表面全部电荷的合场强。导体表面曲率大处，s大大尖端放电：-----------++++++++++避雷针高压设备中，带电仪器表面做成光滑的球形曲面，防止尖端放电。带电云层接近地面时

5、，由于静电感应，使地面上物体带异号电荷。这些电荷集中分布在突出的物体上，电荷积累到一点程度，大到足以将空气击穿，带电云层和物体间发生强大的火花放电。8三.静电屏蔽在静电平衡状态下，不论是导体本身带电，或是导体处在外电场中；不论是实心导体还是导体壳（内无电荷），导体内部均无电场。1.外电场对腔内无影响+++---并不是外电场没有进入到体内，而是进入导体内的外电场被感应电荷的电场抵消了。空腔导体进入电场达到静电平衡后，电荷只分布在外表面上，腔内外场的电力线只能终止在外表面上或起始于外表面，但不能穿过导体进入腔内即：导体空腔可以屏蔽电场若腔内有电荷，外场也不会影响它

6、。研究导体空腔内、外电场是否相互影响的问题。92.腔内电荷对外电场有影响设腔内有带电体q，由于静电感应，导体壳电荷重新分布qq利用高斯定理可证明：内表面带电-q（分布不均匀）根据电荷守恒可推出：外表面带电+q（按曲率分布）+q+q-q-q所以：q会影响外电场的分布孤立导体壳外表面的s按曲率分布q在腔内移动内部电场变化外部电场不变103.如何使空腔内、外互不影响？设法使导体空腔外表面不带电具体做法：外壳接地即：外壳和地等电势壳外电荷分布到包括地球在内的等势体的外表面上，可认为外壳表面不带电。结论：一个接地的空腔导体内电场外电场互不影响，即实现了静电屏蔽。书上P3

7、31腔内负电荷图前面讨论的问题是：已知电荷在空间的分布，求：本节讨论的问题是：当导体进入电场（或给导体带电）达到静电平衡后，确定电荷在空间的分布，再求：11例：同心的导体球R1q和导体球壳R2R3QR1R2R3q-qQ+q求：1.二球的电势u1u2Du2.用导线把球和壳连起来后u1u2Du3.若外球接地u1u2Du解：要求电场中的u，首先明确电荷分布给导体带电，达到静电平衡后，空间出现一稳定的、唯一的电荷分布：三个同心的带电球面122.导线连接球和壳，电荷如何分布？电荷全部分布在球壳外表面，导体是个等势体1.R1R2R3q-qQ+q133.若外球接地，电荷分布

8、内球表面q外球壳内表面-q外球壳外表面