第9章-电场中的导体和电介质讲解

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,理解,静电场中导体处于静电平衡时的条件，并能从静电平衡条件来分析带电导体在静电场中的电荷分布,.,理解,电容的定义，并能计算简单形状电容器的电容,.,了解,电介质的极化及其微观机理，了解电位移矢量,的概念，以及在各向同性介质中，,和电场强度,的关系,.,了解电介质中的高斯定理，并会用它来计算对称电场的电场强度,.,教学基本要求,第九章 静电场中的导体与电介质,1,+,+,+,+,+,+,+,+,+,一 静电感应 静电平衡条件,感应电荷,9-1 静电场中的导体,静电感应,2,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,9-1 静电场中的导体,3,+,+,+,+,+,+,+,+,9-1 静电场中的导体,导体内没有电荷做定向移动，导体处于静电平衡状态,4,+,+,+,+,+,+,导体是等势体,静电平衡条件,（1）导体内部任何一点处的电场强度为零；,（2）导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直.,导体表面是等势面,导体内部电势相等,9-1 静电场中的导体,5,二 静电平衡时导体上电荷的分布,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,结论,导体内部无电荷,1,实心导体,2,有空腔导体,空腔内无电荷,电荷分布在表面上,9-1 静电场中的导体,6,若内表面带电,所以内表面,不,带电,+,+,-,-,结论,电荷分布在外表面上（内表面无电荷）,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,矛盾,导体是等势体,9-1 静电场中的导体,A,B,内表面,7,空腔内有电荷,电荷分布在表面上,内表面,结论,当空腔内有电荷 时,内表面因静电感应出现等值异号的电荷,，,外表面有感应电荷 （电荷守恒）,9-1 静电场中的导体,8,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,为表面电荷面密度,作钱币形高斯面,S,3,导体表面电场强度与电荷面密度的关系,表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比,9-1 静电场中的导体,为什么与无限大带电平板电场强度不同？,9,+,+,+,+,+,+,+,+,+,注意,导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关.,曲率,4,导体表面电荷分布,9-1 静电场中的导体,10,带电导体尖端附近电场最强,带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象，即,尖端放电,.,尖端放电会损耗电能, 还会干扰精密测量和对通讯产生,危害,. 然而尖端放电也有很广泛的,应用（,9-6,）,.,尖端放电现象,尖端放电现象的,利,与,弊,9-1 静电场中的导体,11,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,尖端放电现象的利用,9-1 静电场中的导体,12,三 静电屏蔽,1,屏蔽外电场,外电场,空腔导体可以屏蔽外电场,使空腔内物体不受外电场影响,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等,空腔导体屏蔽外电场,9-1 静电场中的导体,13,接地空腔导体,将使外部空间不受,空腔内的电场影响.,接地导体电势为零,2,屏蔽腔内电场,9-1 静电场中的导体,接地代表电势为零,大地既是电荷的接受者，也可成为电荷的提供者,14,例,有一外半径 和内半径 的金属球壳，在球壳内放一半径 的同心金属球，若使球壳和金属球均带有 的正电荷，,问,两球体上的电荷如何分布？球心的电势为多少？,解,根据静电平衡的条件求电荷分布,作球形高斯面,作球形高斯面,9-1 静电场中的导体,15,根据静电平衡条件,9-1 静电场中的导体,外球壳内表面带电量为,16,9-1 静电场中的导体,17,一 孤立导体的电容,例如,孤立的导体球的电容,地球,单位,9-2 电容 电容器,仅与带电体本身有关,18,二 电容器,电容器电容,电容的大小仅与导体的,形状,、,相对位置,、其间的电,介质,有关. 与所带电荷量,无关,.,三 电容器电容的计算,1）,设两极板分别带电 ；,2）,求,；,3）,求 ；,4）,求 .,步骤,9-2 电容 电容器,19,1,平板电容器,+ + + +,-,-,-,-,-,-,（2）,两带电平板间的电场强度,（1）,设,两导体板分别带电,（3）,两带电平板间的电势差,（4）,平板电容器电容,9-2 电容 电容器,20,例1,平行平板电容器的极板是边长为 的正方,形，两板之间的距离 .如两极板的电势差,为 ，要使极板上储存 的电荷,边长,应取多大才行.,解,9-2 电容 电容器,21,平行板电容器电容,2 圆柱形电容器,（3）,（2）,（4）,电容,+,-,（1）,设,两同轴圆,柱导体,面单位长度上,分别带电,9-2 电容 电容器,22,例球形电容器的电容,球形电容器是由半径分别为 和 的两同心金属球壳所组成,解,设内球带正电 ，外球带负电 ,孤立导体球电容,*,9-2 电容 电容器,23,单位长度的,电容,解,设两金属线的电荷线密度为,例3,两半径为 的平行长直导线中心间距为 ，且 ,求单位长度的电容 .,9-2 电容 电容器,24,三 电容器的串联和并联,电容器的并联,电容器的串联,9-2 电容 电容器,25,+ + + + + + +,- - - - - - -,一 电介质对电容的影响 相对电容率,相对,电容率,电容率,+ + + + + + +,- - - - - - -,9-3 静电场中的电介质,26,二 电介质的极化,无极,分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等）,有极,分子电介质：（水、有机玻璃等）,9-3 静电场中的电介质,27,+ + + + + +,- - - - - -,+ + + + + + + + + + +,- - - - - - - - - - -,三 电极化强度,表面,极化电荷面密度,:电极化强度,:分子偶极矩,的,单位：,9-3 静电场中的电介质,单位体积内分子电偶极矩的矢量和,28,+ + + + + +,- - - - - -,+ + + + + + + + + + +,- - - - - - - - - - -,四 电介质中的电场强度 极化电荷与自由电荷的关系,9-3 静电场中的电介质,（ 电介质电极化率）,29,电位移矢量,（均匀各相同性介质）,+ + + + + +,- - - - - -,+ + + + + + + + + + +,- - - - - - - - - - -,电容率,有介质,时的,高斯,定理,9-4 电位移 有电介质时的高斯定理,30,极化电荷面密度,电位移矢量,（,任何,介质）,（,均匀,介质）,有介质时的高斯定理,电容率,（,均匀,介质）,有介质时先求,注意,9-4 电位移 有电介质时的高斯定理,31,例1,把一块相对电容率 的电介质,放在极板间相距 的平行平板电容器的两极板之间.放入之前,两极板的电势差是 . 试求两极板间电介质内的电场强度 , 电极化强度 , 极板和电介质的电荷面密度, 电介质内的电位移 .,解,9-4 电位移 有电介质时的高斯定理,32,+ + + + + + + + + + +,- - - - - - - - - - -,例2,一平行平板电容器充满两层厚度各为 和 的电介质，它们的相对电容率分别为 和 , 极板面积为 .,求（1）,电容器的电容；,（2）,当极板上的自由电荷面密度的值为 时，两介质分界面上的极化电荷面密度.,- - - - - -,+ + + + + +,+ + + + + +,- - - - - -,解（1）,9-4 电位移 有电介质时的高斯定理,33,+ + + + +,- - - - -,+ + + + + + + + +,- - - - - - - - -,+ + + + +,- - - - -,（2）,9-4 电位移 有电介质时的高斯定理,34,本章作业：,P,94,9-4 9-7 9-15,本章作业和下节课第十章作业一起交,35,