靜電場中的導(dǎo)體、電場能量2009s

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1、靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)作業(yè)：練習(xí)13（涉及電介質(zhì)內(nèi)容留下次完成,計算題2：僅求電場強(qiáng)度不求“電位移矢量”)教材：8-5“電風(fēng)”吹蠟燭1靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場靜電場電荷庫侖定律靜電場電場強(qiáng)度電通量高斯定理靜電場的環(huán)路定理電勢能電勢電勢差等勢面電勢與電場強(qiáng)度的關(guān)系靜電場中的導(dǎo)體電容電容器電場能量靜電場中的電介質(zhì)2靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)建立了電場的概念——任何帶電體周圍客觀存在的物質(zhì)、具有能量、動量，是物質(zhì)的存在形式。我們上一章的核心任務(wù)之一就是要認(rèn)識這種特殊的物質(zhì)，從庫侖定律之后，我們分別從“力”及“功、能”角度描述電場，即通過場中的電荷“受力”及“系統(tǒng)電

2、勢能”來反映場的性質(zhì)，也即通過求解帶電體周圍電場的電場強(qiáng)度分布情況和電勢分布情況就可以知道場中如果引入電荷則場對電荷的作用力情況和“整個系統(tǒng)”的電勢能情況。本章我們關(guān)心的主要問題：如果電場中放入一個宏觀不帶電的“導(dǎo)體”或者“普通介質(zhì)”，那么電場會不會對他們有影響，電場會不會受到影響，影響的結(jié)果如何呢？3靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)第8章靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)?導(dǎo)體導(dǎo)電性能很好的材料（各種金屬、電解質(zhì)溶液）?電介質(zhì)（絕緣體）導(dǎo)電性能很差的材料（云母、膠木等）?半導(dǎo)體導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料4靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)??重點(diǎn)重點(diǎn)??導(dǎo)體的靜電平衡性質(zhì)導(dǎo)體的靜電

3、平衡性質(zhì)??空腔導(dǎo)體及靜電屏蔽空腔導(dǎo)體及靜電屏蔽??電容、電容器電容、電容器??難點(diǎn)難點(diǎn)??導(dǎo)體靜電平衡下電場強(qiáng)度矢量、電勢和導(dǎo)體靜電平衡下電場強(qiáng)度矢量、電勢和電荷分布的計算電荷分布的計算5靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)一、靜電場中的導(dǎo)體靜電場與物質(zhì)的相互作用體現(xiàn)在兩個方面：一方面，當(dāng)把物質(zhì)放在靜電場中時物質(zhì)要受到電場的作用；另一方面，電場中的物質(zhì)也會對電場產(chǎn)生影響。首先討論各向同性均勻金屬導(dǎo)體與電場的相互作用。1.導(dǎo)體的靜電平衡條件導(dǎo)體內(nèi)有大量的自由電荷，當(dāng)把導(dǎo)體放在外電場中時，導(dǎo)體中的自由電子都將受到電場力的作用，G出現(xiàn)宏觀定向運(yùn)動，引起導(dǎo)體上電E0荷的重新分布

4、，在導(dǎo)體表面出現(xiàn)感應(yīng)電荷。這種現(xiàn)象稱為靜電感應(yīng)現(xiàn)象。6靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程無外電場時7靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程E0加上外電場后8靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程E0++9加上外電場后靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程E0+++10加上外電場后靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程E0+++++11加上外電場后靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程E0+++++12加上外電場后靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程E0+++++++13加上外電場后靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程E0+++++++

5、+++14加上外電場后靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程E0++++++++++加上外電場后15靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡++++++E，0E++++KKK'感應(yīng)電荷E=E+E=0感應(yīng)電荷016靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)GGG導(dǎo)體內(nèi)部的總場強(qiáng)E=E+E'GGGG0E'當(dāng)時E=E0+E'=0,導(dǎo)體處于靜電G平衡狀態(tài)。E0導(dǎo)體的靜電平衡：在電場中，導(dǎo)體的內(nèi)部和表面都沒有電荷定向移動的狀態(tài)。?導(dǎo)體靜電平衡條件：導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為0。用反證法，若電場強(qiáng)度不為零，則自由電荷將能移動。說明：1）這里所指的導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)是指空間中的一切電荷（包括導(dǎo)體外部的電

6、荷和導(dǎo)體上的電荷）在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的總場強(qiáng)。2）以后所指的導(dǎo)體都是指處在靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體。17靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)2.2.靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的性質(zhì)靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的性質(zhì)1）導(dǎo)體上的電勢分布結(jié)論：靜電平衡時導(dǎo)體為等勢體，導(dǎo)體表面為等勢面。證明：設(shè)一導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。在導(dǎo)體內(nèi)任取兩點(diǎn)，其電勢差為：bbGGUab=Ua?Ub=∫E?dlaaG靜電平衡時E=0∴Ua?Ub=0,Ua=Ub導(dǎo)體為等勢體，導(dǎo)體表面為等勢面。18靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)2）導(dǎo)體上的電荷分布結(jié)論1：靜電平衡時導(dǎo)體內(nèi)無凈電荷，所有電荷分布于外表面。證明：導(dǎo)體內(nèi)作高斯面GG∑q內(nèi)?=?EdS

7、=ew∫∫Sε高G0斯靜電平衡時E=0,∴∑q=0面縮小高斯面，如果∑q≠0,G則有E≠0所以靜電平衡時導(dǎo)體內(nèi)無凈電荷。19靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)結(jié)論2：電荷在導(dǎo)體表面上的分布與導(dǎo)體表面的形狀和周圍存在的帶電體有關(guān)。一般來說，孤立導(dǎo)體處于靜電平衡時，它的表面各處的面電荷密度與各處表面的曲率有關(guān)，曲率越大的地方，面電荷密度越大。1σ∝+++++++++++++++R++++++++++++++++++++++++++++曲率較大，表面尖而凸出部分，電荷面密度較大曲率較小，表面比較平坦部分，電荷面密度較小曲率為負(fù)，表面凹進(jìn)去的部分，電荷面密度最小20靜電場中的導(dǎo)

8、體和電介質(zhì)1l>>R1R2Rσ∝R12R導(dǎo)線Q1Q2