1、關(guān)于靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體 (2)第一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月本章要求1 掌握導(dǎo)體靜電平衡的條件，并能從靜電平衡條件出發(fā)，根據(jù)對(duì)靜電場(chǎng)基本規(guī)律的分析，論證導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)的電勢(shì)、電荷和場(chǎng)強(qiáng)的分布特點(diǎn)。2 理解靜電屏蔽原理，了解靜電屏蔽的應(yīng)用。4 正確理解電容的意義，掌握電容器電容的計(jì)算方法。3 正確理解電位移矢量和電位移通量的概念，掌握電位移矢量和電場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系式。5 正確理解靜電能及能量密度的概念，掌握電場(chǎng)能量的計(jì)算方法。第二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月+感應(yīng)電荷一、靜電感應(yīng)與靜電平衡9-1 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體(A Conductor in the Static F

2、ield)第三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月+第四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月+導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度外電場(chǎng)強(qiáng)度感應(yīng)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度第五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1、導(dǎo)體的靜電平衡-在電場(chǎng)中，導(dǎo)體的內(nèi)部和 表面都沒有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)。2、導(dǎo)體靜電平衡條件 與導(dǎo)體表面之外緊鄰處場(chǎng)強(qiáng)與該處表面垂直。導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零。3、導(dǎo)體靜電平衡的性質(zhì)導(dǎo)體是一等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是一等勢(shì)面。第六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二、靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布1、實(shí)心導(dǎo)體 電荷只分布在導(dǎo)體表面，導(dǎo)體內(nèi)部?jī)綦?荷為零。導(dǎo)體外表面附近的場(chǎng)強(qiáng)與該處導(dǎo)體表面的 電荷面密度成正

3、比。 導(dǎo)體表面各處的電荷密度的大小與各處的曲率有 關(guān)，曲率大的地方，電荷密度也大。第七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月帶來一個(gè)現(xiàn)象-尖端放電 由于尖端處電荷面密度很大，周圍的電場(chǎng)很強(qiáng)。空氣中散存的帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)獲得足夠大的能量，以至和空氣分子碰撞時(shí)，能使后者電離成帶電粒子。這些新的帶電粒子與其它空氣分子相碰，又能產(chǎn)生新的帶電粒子。這樣產(chǎn)生了大量的帶電粒子。與尖端上電荷異號(hào)的帶電粒子受尖端電荷的吸引，飛向尖端，與尖端上的電荷中和掉；與尖端上電荷同號(hào)的帶電粒子受到排斥而從尖端附近飛開。就好像尖端上的電荷被“噴射”出來放掉一樣，所以叫尖端放電。第八張，PPT共四十一頁

4、，創(chuàng)作于2022年6月帶電導(dǎo)體尖端附近電場(chǎng)最強(qiáng) 帶電導(dǎo)體尖端附近的電場(chǎng)特別大，可使尖端附近的空氣發(fā)生電離而成為導(dǎo)體產(chǎn)生放電現(xiàn)象，即尖端放電 . 尖端放電會(huì)損耗電能, 還會(huì)干擾精密測(cè)量和對(duì)通訊產(chǎn)生危害 . 然而尖端放電也有很廣泛的應(yīng)用 . 尖端放電現(xiàn)象尖端放電現(xiàn)象的利與弊第九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月+尖端放電現(xiàn)象的利用第十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2、空腔導(dǎo)體1）腔內(nèi)無帶電體縱剖面(導(dǎo)體中場(chǎng)強(qiáng)為零，凈電荷密度為零，導(dǎo)體為等勢(shì)體。）+-+-+ 結(jié)論 電荷分布在外表面上（內(nèi)表面無電荷）第十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月B）腔內(nèi)有帶電體（設(shè)內(nèi)部電荷為q，

5、空腔導(dǎo)體原來帶電Q）+縱剖面S+q+q+- 結(jié)論 當(dāng)空腔內(nèi)有電荷 時(shí),內(nèi)表面因靜電感應(yīng)出現(xiàn)等值異號(hào)的電荷 ，外表面有感應(yīng)電荷 （電荷守恒）第十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月三、靜電屏蔽靜電是很普遍的現(xiàn)象，20世紀(jì)的今天，電子儀器也是很普遍的。第十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月四、有導(dǎo)體存在時(shí)的靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)的計(jì)算電荷守恒定律靜電平衡特點(diǎn) 空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場(chǎng), 使空腔內(nèi)物體不受外電場(chǎng)影響.這時(shí),整個(gè)空腔導(dǎo)體和腔內(nèi)的電勢(shì)也必處處相等. 接地空腔導(dǎo)體將使外部空間不受空腔內(nèi)的電場(chǎng)影響.接地導(dǎo)體電勢(shì)為零第十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月例1、在帶電量為 、

6、半徑為R1的導(dǎo)體球外，同心放置一個(gè)內(nèi)外半徑為R2、R3的金屬球殼。 1、求外球殼上電荷及電勢(shì)分布； 2、把外球接地后再絕緣，求外球上的電荷分布及球殼 內(nèi)外 的電勢(shì)分布； 3、再把內(nèi)球接地，求內(nèi)球上的電荷分布及球殼的電 勢(shì)。解1、作高斯面可知：由電荷守恒定律：第十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1、求電勢(shì)分布：(用疊加原理）第十六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月第十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2、外球接地后再絕緣：電勢(shì)分布：第十八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3、再把內(nèi)球接地：電荷重新分布：由高斯定律：由電荷守恒定律：又因內(nèi)球接地，電勢(shì)為零三式解

7、得：第十九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月球殼內(nèi)表面的電勢(shì)：（還有一種方法：先用高 斯定理求場(chǎng)強(qiáng)再積分）第二十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 例2 兩塊可視為無限大的導(dǎo)體平板A、B，平行放置，間距為d，板面為S。分別帶電QA、QB。且均為正值。求兩板各表面上的電荷面密度及兩板間的電勢(shì)差。解：設(shè)四個(gè)表面電荷面密度分別為：43、2、1、作高斯面Saad1234QBQA第二十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月aad1234QBQA導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零，為場(chǎng)中所有電荷共同疊加的結(jié)果。abX解以上四式得電荷守恒第二十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月aad1234QB

8、QAX電壓：在AB之間 產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)抵消， 產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)相加，(若 0,電力線如圖)2故：若QA=-QB0這時(shí)電場(chǎng)只集中在兩板之間。第二十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月aad1234QBQAX若用一根導(dǎo)線把AB板的內(nèi)側(cè)連接，則電荷分布:第二十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月aad1234QBQA若斷開導(dǎo)線，B板接地，則電荷分布為：B板外側(cè)的正電荷被中和掉，A板帶正電荷轉(zhuǎn)移到內(nèi)側(cè)，相應(yīng)在B板內(nèi)側(cè)感應(yīng)出等量異號(hào)電荷第二十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 例3 一塊可視為無限大的導(dǎo)體平板A，板面為S。帶電QA。且為正值。求空間電勢(shì)分布。解 取導(dǎo)體板的電勢(shì)為零。板兩側(cè)

9、的電場(chǎng)為QAxOPP點(diǎn)的電勢(shì)為：第二十六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月9-2 靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)二、電介質(zhì)的極化模型（電偶極子模型）一、導(dǎo)體和電介質(zhì)的區(qū)別：（2）在電場(chǎng)中，導(dǎo)體會(huì)因靜電感應(yīng) ，介質(zhì)會(huì)極化 。（1）有無自由電荷。對(duì)于不同介質(zhì)，分子結(jié)構(gòu)不同，分為兩類：1）無極分子電介質(zhì)-正負(fù)電荷作用中心重合的 分子。如H2、N2、O2、CO22）有極分子電介質(zhì)-正負(fù)電荷作用中心不重合的分子。如H2O、CO、SO2、NH3第二十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月-+-HeH+-+H+H+CH+CH4（甲烷）-+OH+H+H2O+-H+-+H+H+NNH3（氨）+-有極分子對(duì)外影響

10、等效為一個(gè)電偶極子，電矩第二十八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月無極分子的位移極化10 位移極化是分子的等效正負(fù)電荷作用中心 在電場(chǎng)作用下發(fā)生相對(duì)位移的現(xiàn)象。20 均勻介質(zhì)極化時(shí)在介質(zhì)表面出現(xiàn)極化電荷， 而非均勻介質(zhì)極化時(shí)，介質(zhì)的表面及內(nèi)部 均可出現(xiàn)極化電荷。第二十九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月有極分子的轉(zhuǎn)向（取向）極化10 由于分子電矩在外場(chǎng)作用下趨向于與外場(chǎng)一致取向極化。20 外場(chǎng)越大，電矩趨于外場(chǎng)方向一致性越好，電矩的矢量和也越大。綜述：1）不管是位移極化還是取向極化，其最后的宏觀效果都是產(chǎn)生了極化電荷。2）兩種極化都是外場(chǎng)越強(qiáng)，極化越厲害所產(chǎn)生的分子電矩的矢量和

11、也越大。第三十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月定義：介質(zhì)中某一點(diǎn)的電極化強(qiáng)度矢量等于這 一點(diǎn)處單位體積的分子電矩的矢量和。三 電極化強(qiáng)度含義：描述介質(zhì)在電場(chǎng)中各點(diǎn)的極化狀態(tài) 單位：宏觀無限小微觀無限大-+第三十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月表面極化電荷面密度+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -實(shí)驗(yàn)表明：在各向同性介質(zhì)，電場(chǎng)不太強(qiáng)證：電介質(zhì)擊穿：第三十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + +

12、+ +- - - - - - - - - - -四、電介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)第三十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月五、有介質(zhì)存在時(shí)的環(huán)流定理和高斯定理（1）環(huán)流定理：+-+- -（2）高斯定理：第三十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月電位移矢量普通形式的高斯定理第三十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月+第三十六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月電位移通量注：1） 與電介質(zhì)（ ）有關(guān)，而 與電介質(zhì)無關(guān)。2） 線與所有電荷有關(guān)，從正電荷出發(fā)終止與 負(fù)電荷。 線與自由電荷有關(guān)，從自由正電荷出發(fā)終止與自由負(fù)電荷。+E線D線第三十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月六、第三十八張，PPT共四十