大学物理第十一章静电场中的导体.ppt
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1、11-1 静电场中的导体静电场中的导体一、静电感应一、静电感应 导体静电平衡条件导体静电平衡条件重点:重点:静电场与金属导体相互作用机理静电场与金属导体相互作用机理以及相互影响后电场的计算。以及相互影响后电场的计算。静电感应:静电感应:金属导体与静电场的相互作用从金属导体与静电场的相互作用从而使金属导体内电荷重新有序排列。而使金属导体内电荷重新有序排列。+感应电荷感应电荷+1.静电感应现象静电感应现象+2.2.静电平衡静电平衡导体内部的场强在匀强电场中电力线为平行直线在匀强电场中电力线为平行直线静电平衡举例静电平衡举例:在匀强电场中放入金属球,电在匀强电场中放入金属球,电力线发生弯曲电场变为一
2、非均匀场力线发生弯曲电场变为一非均匀场+二、二、导体导体处于静电平衡时的性质处于静电平衡时的性质 1.导体内部任何一点处的电场强度为零;导体内部任何一点处的电场强度为零;2.导体表面处电场强度的方向,都与导体表面垂直导体表面处电场强度的方向,都与导体表面垂直.3.导体是等势体,导体表面是等势面。导体是等势体,导体表面是等势面。4.导体内部处处没有未被抵消的净电荷,净电荷只分导体内部处处没有未被抵消的净电荷,净电荷只分布在导体的外表面上。布在导体的外表面上。实验结论从理论上推导实验结论从理论上推导+2.导体表面各点电势相等导体表面各点电势相等.1.1.导体内各点电势相等导体内各点电势相等,导体为
3、等势体导体为等势体3.导体内没有净电荷,未被抵消的净电荷只导体内没有净电荷,未被抵消的净电荷只能分布在导体表面上能分布在导体表面上+高斯高斯面面 实心导体导体内部无净电荷导体内部无净电荷实心带电导体实心带电导体作扁圆柱形高斯面作扁圆柱形高斯面 三三.导体表面附近场强与电荷面密度的关系导体表面附近场强与电荷面密度的关系+S S 孤立导体面电荷密度孤立导体面电荷密度 与表面曲率有关与表面曲率有关 表面平坦处曲率表面平坦处曲率小,小,较小,表较小,表面凸出尖锐处曲面凸出尖锐处曲率大,率大,也较大,也较大,表面凹进去处曲表面凹进去处曲率为负,则率为负,则 更更小。小。结论:结论:电风实验介绍电风实验介
4、绍+带电导体尖端附近的带电导体尖端附近的电场特别大,可使尖端电场特别大,可使尖端附近的空气发生电离而附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象成为导体产生放电现象 尖端放电现象介绍尖端放电现象介绍避雷针的工作原理避雷针的工作原理+带电云带电云带电云带电云+避雷针必须可靠接地避雷针必须可靠接地(1)(2)由静电平衡条件:由静电平衡条件:(3)例例1 1 相距很近的平行导体板相距很近的平行导体板 分别带电分别带电求四个表面上面电荷密度求四个表面上面电荷密度 的相互关系。的相互关系。解:解:设平板面积为设平板面积为 ,每一,每一层带电表面上场强方向垂直层带电表面上场强方向垂直于带电平面且于带电平面且指
5、向两侧指向两侧由由(1)、(2)、(3)、(4)解得:解得:即:相背面即:相背面 等大同号,等大同号,相对面相对面 等大异号。等大异号。(4)四、四、空腔导体(导体壳)空腔导体(导体壳)和静电屏蔽和静电屏蔽1 1、空腔内无带电体的情况空腔内无带电体的情况+静电平衡时腔体内表面不带电静电平衡时腔体内表面不带电,净电荷只能分布于外表面净电荷只能分布于外表面 2.空腔内有电荷时空腔内有电荷时结论结论:空腔内有电荷空腔内有电荷+q时,空腔内表面有感时,空腔内表面有感 应电荷应电荷-q,外表面有感应电荷,外表面有感应电荷+q +高斯高斯面面q+q-q空腔高斯面内空腔高斯面内 3.导体空腔外部有其他带电体
6、时导体空腔外部有其他带电体时空腔内电场不受空腔外空腔内电场不受空腔外电荷影响电荷影响空腔外电场要受腔内电空腔外电场要受腔内电荷的影响荷的影响+q+q-q怎样才能使空腔内和空腔怎样才能使空腔内和空腔外的电场互不影响?外的电场互不影响?空空腔接地:腔接地:内外电场互不影响。内外电场互不影响。4 4、静电屏蔽静电屏蔽导线导线例例1证明用导线连接两导体球后证明用导线连接两导体球后,两导体球两导体球表面电荷密度表面电荷密度 之间的关系之间的关系.即即则则例例2.2.已知已知R R1,1,R R2 2,R,R3 3,q,Q ,q,Q 求求(1)(1)各表面电荷分布,区间各表面电荷分布,区间场强分布场强分布
7、,球心的电势球心的电势 (2)(2)如用导线连接如用导线连接A A、B B,再作球,再作球心的电势计算。心的电势计算。解解:电荷分布电荷分布各区间场强分布各区间场强分布球壳外表面带电球壳外表面带电用导线连接用导线连接A、B,再作计算,再作计算连接连接A、B,中和中和11-2 11-2 静电场中的电介质静电场中的电介质电介质(绝缘体)电介质(绝缘体)基本无自由电子,正负电荷只能在分子范围内相基本无自由电子,正负电荷只能在分子范围内相对运动对运动无极分子:(氢、甲烷、石蜡等)无极分子:(氢、甲烷、石蜡等)有极分子:(水、有机玻璃等)有极分子:(水、有机玻璃等)电介质电介质电介质放入静电场中,静电场
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- 大学物理 第十一 静电场 中的 导体
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