靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)1導(dǎo)體素材課件.ppt

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1、11.1靜電場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體11.3有電介質(zhì)時(shí)的靜電場(chǎng)和高斯定理11.2靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)11.4電容電容器第11章靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)重點(diǎn)：有導(dǎo)體、電介質(zhì)存在時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)計(jì)算電位移D的計(jì)算11.5電場(chǎng)的能量-F由帶正電的晶體點(diǎn)陣（框架）和大量自由電子組成。靜電感應(yīng)現(xiàn)象：在外電場(chǎng)影響下，導(dǎo)體表面不同部分出現(xiàn)正負(fù)（感應(yīng)）電荷的現(xiàn)象。靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體內(nèi)部和表面沒(méi)有電荷的宏觀定向移動(dòng)的狀態(tài)。11.1靜電場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體11.1.1金屬導(dǎo)體的電結(jié)構(gòu)任意微小體積元內(nèi)，自由電子的負(fù)電荷和晶體點(diǎn)陣上的正電荷的數(shù)目

2、相等，整個(gè)導(dǎo)體顯現(xiàn)電中性。11.1.2導(dǎo)體的靜電平衡條件-+-+-+E=0-+-+-+-+-+-+-+-+靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體(帶電或不帶電)自由電子作宏觀定向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體表面出現(xiàn)感應(yīng)電荷自由電子宏觀定向運(yùn)動(dòng)停止外電場(chǎng)作用下附加電場(chǎng)電荷重新分布?靜電感應(yīng)現(xiàn)象過(guò)程（1）靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)任何一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)都等于零。即：導(dǎo)體內(nèi)不存在電場(chǎng)線。（2）靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體表面上任何一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向都垂直于導(dǎo)體表面。即：電場(chǎng)線垂直于導(dǎo)體表面。?靜電平衡時(shí)導(dǎo)體中的電場(chǎng)特性表面是個(gè)等勢(shì)面靜電平衡時(shí)電勢(shì)性質(zhì)：導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體,證：在導(dǎo)體內(nèi)任

3、取兩點(diǎn)a、b也可以從電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度之間的關(guān)系分析。ab1、靜電平衡時(shí)，內(nèi)部各處無(wú)電荷，電荷Q只分布在導(dǎo)體表面。11.1.3靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上的電荷分布證：在導(dǎo)體內(nèi)部取一很小的封閉面S為高斯面。高斯定理：所以導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)電荷，即電荷只能分布在導(dǎo)體的表面上。Q++++++++++++++++S（設(shè)總帶電量為Q）2、空腔導(dǎo)體（設(shè)總帶電量為Q）靜電平衡時(shí):①空腔內(nèi)無(wú)電荷時(shí)：空腔的內(nèi)表面無(wú)電荷，電荷只分布于外表面上；②空腔內(nèi)有電荷+q時(shí)：+q+++++++++++------q空腔的內(nèi)表面有電荷–q，外表面有

4、電荷Q+q+++++++++++++++++QQ+q由高斯定理，過(guò)P作很小的圓柱面S，底面為dS3、靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體表面上各處的面電荷密度與其表面緊鄰處的場(chǎng)強(qiáng)大小成正比：證：P4、孤立導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，其表面各處的面電荷密度σ與曲率有關(guān)。曲率大的地方，面電荷密度σ也大。孤立導(dǎo)體表面附近的場(chǎng)強(qiáng)分布也服從同樣的規(guī)律。尖端附近的場(chǎng)強(qiáng)最大，平坦的地方次之，凹進(jìn)去的地方最弱。尖端放電：具有尖端的帶電導(dǎo)體，當(dāng)尖端處的場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，會(huì)發(fā)生空氣被電離的放電現(xiàn)象。++++++++++--++空氣的擊穿強(qiáng)

5、度為P49（絕緣強(qiáng)度）避雷針就是應(yīng)用尖端放電性質(zhì)制造的。另外，高壓輸電網(wǎng)的導(dǎo)線應(yīng)采用表面光滑的粗導(dǎo)線。“電風(fēng)”利用這一性質(zhì)，可將一些精密儀器放置在空腔內(nèi)，以避免外界電場(chǎng)的影響。置于靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體空腔，內(nèi)部沒(méi)有電場(chǎng)，所以導(dǎo)體殼對(duì)外界靜電場(chǎng)起了隔離作用，導(dǎo)體空腔內(nèi)的物體不受腔外電場(chǎng)的影響。E=0被保護(hù)儀器11.1.4靜電屏蔽結(jié)論：接地的空腔導(dǎo)體可以屏蔽腔內(nèi)、外電場(chǎng)的相互影響。若導(dǎo)體空腔內(nèi)有帶電體，則空腔內(nèi)存在的電場(chǎng)要影響到腔外的物體。為了消除這種影響，可將導(dǎo)體空腔接地，從而隔絕了腔內(nèi)帶電體（電場(chǎng)）對(duì)外界

6、的影響。電器設(shè)備高壓帶電作業(yè)屏蔽線?導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零；導(dǎo)體表面的場(chǎng)強(qiáng)垂直于導(dǎo)體的表面：導(dǎo)體放入靜電場(chǎng)中，電場(chǎng)會(huì)影響導(dǎo)體上的電荷分布；同時(shí)導(dǎo)體上的電荷分布也會(huì)影響電場(chǎng)的分布。（2）靜電場(chǎng)基本規(guī)律：（3）導(dǎo)體的靜電平衡條件：（1）電荷守恒定律；計(jì)算有導(dǎo)體存在時(shí)的靜電場(chǎng)的基本依據(jù)有：電場(chǎng)高斯定理靜電場(chǎng)環(huán)路定理(電勢(shì)的概念)?導(dǎo)體內(nèi)部和導(dǎo)體表面電勢(shì)處處相等。11.1.5計(jì)算示例例1：兩個(gè)半徑分別為R和r的球形導(dǎo)體（R>r），用一根很長(zhǎng)的細(xì)導(dǎo)線連接起來(lái)，使這個(gè)導(dǎo)體組帶電，求兩球表面電荷與半徑的關(guān)系？解：

7、兩球由導(dǎo)線連接，電勢(shì)相等。因?yàn)檫B接導(dǎo)線很長(zhǎng)，利用孤立導(dǎo)體的電勢(shì)公式：可見(jiàn)，大球所帶電量Q比小球所帶電量q多。rRQq兩球電荷面密度與半徑成反比。(2)兩球的面電荷密度分別為：例2：在一個(gè)接地的金屬球附近有一個(gè)電量為q（q>0）的點(diǎn)電荷。已知球的半徑為R，點(diǎn)電荷與球心距離為r，求金屬球面上感應(yīng)電荷的總電量q’。解：點(diǎn)電荷q在球心o處的電勢(shì)：感應(yīng)電荷q’在球心o處的電勢(shì)：感應(yīng)電量q’的值總是小于點(diǎn)電荷電量q。rqoR--------q’=?導(dǎo)體的電勢(shì)：rqo------++++++思考1：在距一個(gè)原來(lái)不

8、帶電的導(dǎo)體球的中心r處放置一電量為q的點(diǎn)電荷。此導(dǎo)體球的電勢(shì)多大？思考2：兩塊平行放置的導(dǎo)體大平板帶電后，其相對(duì)的兩表面上面電荷密度是否一定是大小相等，符號(hào)相反？為什么。答：是。由高斯定理?2?3?4?1q1q2BA例3：兩塊大導(dǎo)體平板，面積為S，分別帶電q1和q2，兩極板間距遠(yuǎn)小于平板的線度。（1）求平板各表面的電荷密度;（2）求各處的電場(chǎng)分布。解:q1q2BA（1）由電荷守恒：靜電平衡條件，導(dǎo)體板內(nèi)E=0?2?3?4?1P由高斯定理（2）電場(chǎng)分布：?2?3?4?1