静电场中的导体与电介质

*,物理学,第五版,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,*,第六章 静电场中的导体与电介质,本章讨论电场与物质的相互作用。,本章所涉及的导体是指金属导体。,本章所涉及的电介质狭义上指的是绝缘体。,按照物质的导电性能强弱，可以把物质分为导体、半导体和绝缘体。电导率 的称为导体，称为绝缘体，,的称为半导体。,1,+,+,+,+,+,+,+,+,+,感应电荷,一 静电平衡条件,1,静电感应,+,6-1,静电场中的导体,导体,2,+,+,+,+,+,+,+,+,2,静电平衡,静电平衡,导体中无定向运动的电荷,3,静电平衡条件：,（,1,）,导体内部的,电场强度处处为零,；,（,2,）,导体表面处电场强度,与导体表面垂直,.,电场,若 ，则有电荷的定向移动，与静电平衡相矛盾。,若表面的场强不垂直于表面，则电荷可以沿表面移动，也与静电平衡相矛盾。,4,导体内各点电势相等,等势体,（,1,）,导体为等势体,+,+,+,+,+,+,电势,5,+,+,+,+,+,+,（,2,）,导体表面为等势面,（,1,）,导体为等势体,电势,导体为等势体,6,二 静电平衡时导体上电荷的分布,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,结论：,导体内部无净电荷，,感应电,荷只分布在,导体,表面,.,1,实心导体,高斯面,（任意）,任取高斯面,S,7,2,空腔导体,空腔内无电荷时,电荷分布在导体表面,内表面？,外表面？,高斯面,导体内无电荷,8,若内表面带电，必等量异号,结论：,空腔内无电荷时，感应,电荷只能分布在外表面,内表面无感应电荷,.,与导体是等势体矛盾,高斯面,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,电场线：高电势到低电势,（等势）,E,内,=0,9,电力线不能进入腔内,即：,静电屏蔽,。,10,空腔内有电荷时,结论,:,空腔内有电荷,+,q,时，,空腔,内,表面有感应电荷,-,q,，,外,表面感应电荷,+,q,+,高斯面,q,q,-q,+,q,q,-q,11,思考：,1),空腔原不带电，腔内电荷 ，腔内、外表面电量？,2),空腔原带电,.,腔内电荷 ，腔内、外表面电量？,12,3),腔内电荷 的位置移动对,分布有无影响？,腔内电荷 的位置移动对 分布有影响；,对 分布无影响。,13,作,扁圆柱形高斯面,3,导体,表面附近,场强与电荷面密度的关系,+,+,+,+,+,+,+,S,14,4,导体表面电荷分布规律,+,+,+,+,+,+,+,+,+,实验表明：,曲率半径越小，导体表面的电荷面密度越大。,15,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使导体产生放电现象,尖端放电现象,16,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,17,静电感应,电晕放电,可靠接地,带电云,避雷针的工作原理,+,+,+,+,+,+,+,18,三 静电屏蔽,1,屏蔽外电场,用空腔导体屏蔽外电场,（等势）,E,内,=0,19,三 静电屏蔽,1,屏蔽外电场,用空腔导体屏蔽外电场,2,屏蔽内电场,+,+,+,+,+,+,+,+,接地空腔导体屏蔽内电场,外电场对空腔也没有影响,20,关于,接地,导体接地有两个作用：,1,、与大地保持等电势。一般规定大地的电势为零，则接地后的导体电势也为零。,2,、与大地通过接地线交换电荷。,如何交换电荷：若接地前导体的电势高于零电势（即高于大地的电势），则导体上的正电荷通过接地线流入大地，若接地前导体的电势低于零电势，则导体上的负电荷通过接地线流入大地。从而达到与大地同为零电势的目的。,注意：接地导体表面的电量,不一定为零,，所带电荷的多少由,V=0,（取大地为零势点）或导体内部场强为零决定。,21,四,.,有导体存在时的 分布,导体上的,电荷分布,计算 分布,（方法同前）,静电平衡条件,电荷守恒定律,求解思路：,22,例,有一外半径,R,1,=10cm,，,内半径,R,2,=7cm,的金属球壳，在球壳中,放一半径,R,3,=5cm,的同心,金属球，若使球,壳,和,球,均,带,有,q,=10,-8,C,的正电,荷，,问,两球体上的电荷,如何分布？球心电势为,多少？,（静电平衡）,23,解：,1,、电荷分布,金属,球体：,电荷,q,均匀分布在球体表面上,金属,球壳：,2,、球心处的电势,24,电场分布,导体内电场处处为零,静电平衡：,1,2,3,4,4,25,电场分布,26,R,1,=10cm,，,R,2,=7cm,R,3,=5cm,，,q,=10,-8,C,END,27,方法,2,：三个带电球面产生的电势迭加,带电球面,讨论：,28,1,、,静电平衡条件：,（,1,）,导体内部的,电场强度处处为零,；,（,2,）,导体表面处电场强度,与导体表面垂直,.,电场,小结：,（,2,）,导体表面为等势面,（,1,）,导体为等势体,电势,导体为等势体,29,2,、,导体内部无净电荷，,电荷只分布在,导体,表面,.,（,1,）、,实心导体：,电荷分布在导体表面上。,（,2,）、,导体空腔，腔内无电荷：,电荷分布在导体,外,表面上。,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,（,3,）、,空腔内有电荷时，,+,q,q,-q,30,