8-1靜電場中的導體ppt課件

1、 太原理工大學物理系太原理工大學物理系 本章研討物質導體、電介質與靜電場本章研討物質導體、電介質與靜電場的相互作用。的相互作用。 物質在電場作用下產生變化，而這些變化物質在電場作用下產生變化，而這些變化對電場產生的影響。對電場產生的影響。第八章第八章 靜電場中的導體和電介質靜電場中的導體和電介質物質與場是物質存在的兩種方式物質與場是物質存在的兩種方式. . 由于物質的固有電構造不同，所以不同物由于物質的固有電構造不同，所以不同物質處于外電場中時表現(xiàn)出的特性也就不同，電質處于外電場中時表現(xiàn)出的特性也就不同，電場做出的呼應也不同。場做出的呼應也不同。 太原理工大學物理系太原理工大學物理系靜電場與導

2、體的相互作用靜電場與導體的相互作用靜電感應靜電感應導體內的電場導體內的電場介質極化介質極化電介質內的電場電介質內的電場有物質存在時，電場依然滿足有物質存在時，電場依然滿足0iiSqSEd0LlEd靜電場與電介質的相互作用靜電場與電介質的相互作用 太原理工大學物理系太原理工大學物理系8-1 8-1 靜電場中的導體靜電場中的導體一、靜電平衡形狀一、靜電平衡形狀 +感應電荷感應電荷1.1.靜電平衡形狀：導體內部和外表都沒有電荷的靜電平衡形狀：導體內部和外表都沒有電荷的宏觀挪動。宏觀挪動。 太原理工大學物理系太原理工大學物理系0E+E0E0E2) 2) 導體外表任何一點的場強都垂直外表導體外表任何一點

3、的場強都垂直外表 。1) 1) 導體內部的電場強度處處為零導體內部的電場強度處處為零. .外電場強度外電場強度0E導體內電場強度導體內電場強度E 感應電荷電場強度感應電荷電場強度E2.2.靜電平衡條件靜電平衡條件 太原理工大學物理系太原理工大學物理系二、導體到達靜電平衡時的性質二、導體到達靜電平衡時的性質1 1、電勢特點、電勢特點ab在導體內部任取兩點在導體內部任取兩點a a、b b，電勢差為電勢差為結論：在靜電平衡形狀下，導體是一個等勢體，結論：在靜電平衡形狀下，導體是一個等勢體，導體外表是等勢面。導體外表是等勢面。babal dEVVbal d00導體內部恣意兩點的電勢差為零導體內部恣意兩

4、點的電勢差為零. . 太原理工大學物理系太原理工大學物理系+ + + + + + + + + + +2 2、電荷分布特點實心導體、電荷分布特點實心導體Sp結論：導體處于靜電平衡時，電荷只分布在導體結論：導體處于靜電平衡時，電荷只分布在導體外表，導體內部無凈電荷。外表，導體內部無凈電荷。ssdE0 在導體內部做一高斯面，因導體內部各點場強在導體內部做一高斯面，因導體內部各點場強處處為零，那么處處為零，那么由高斯定理由高斯定理0iiq S 可以取為無窮小，導體內部不能夠有凈電可以取為無窮小，導體內部不能夠有凈電荷出現(xiàn)。荷出現(xiàn)。 太原理工大學物理系太原理工大學物理系3 3、電場分布特點、電場分布特點

5、1 1導體內部場強處處為零導體內部場強處處為零 E=0 E=02 2導體外表附近的場強導體外表附近的場強大小：大?。?E方向：垂直于導體外表方向：垂直于導體外表證明證明E0E+ 為外表電荷面密度為外表電荷面密度 作錢幣形高斯面作錢幣形高斯面 S S 太原理工大學物理系太原理工大學物理系0ESSEdSSSSESEdd表SE 表由高斯定理有由高斯定理有0SSE表E0E+ 外表電場強度的大小與該外表電荷外表電場強度的大小與該外表電荷面密度成正比。面密度成正比。思索：此思索：此E E只是電荷只是電荷S S產生的，還是一切電產生的，還是一切電荷產生的？荷產生的？ 太原理工大學物理系太原理工大學物理系導體

6、外形導體外形周圍環(huán)境周圍環(huán)境導體外表平坦處，電荷面密度小導體外表平坦處，電荷面密度小. .4 4 導體外表電荷分布與導體外形的關系導體外表電荷分布與導體外形的關系+導體外表電荷分布與導體外表電荷分布與孤立導體的面電荷分布僅與導體的外表曲率有關孤立導體的面電荷分布僅與導體的外表曲率有關. .有關有關導體外表凸出鋒利處，電荷面密度最大導體外表凸出鋒利處，電荷面密度最大. 太原理工大學物理系太原理工大學物理系5 5 尖端放電尖端放電危害危害 尖端放電會損耗電能尖端放電會損耗電能, , 還會干擾精細丈量和還會干擾精細丈量和對通訊產生危害對通訊產生危害. . 尖端放電景象：導體外表曲率越大的地方尖端放電

7、景象：導體外表曲率越大的地方, , 電電荷分布的密度越大荷分布的密度越大, , 電場強度大，大的場強導電場強度大，大的場強導致空氣電離，構成放電輝光，電場能轉化為光致空氣電離，構成放電輝光，電場能轉化為光能、熱能及空氣分子的運動能量等。能、熱能及空氣分子的運動能量等。 運用運用范德格拉夫起電機范德格拉夫起電機, ,靜電復印機靜電復印機. . 太原理工大學物理系太原理工大學物理系+ + + + + + + + + + +00diSqSE，1 1 空腔內沒有帶電體空腔內沒有帶電體S電荷會分布在導體的內外表上嗎？電荷會分布在導體的內外表上嗎？那么那么A A、B B間的電勢差間的電勢差BABAlEVV

8、0d但導體是等勢體，故內外表不帶電。但導體是等勢體，故內外表不帶電。S+ + +- - -AB在導體內部做高斯面在導體內部做高斯面S S，由于，由于導體內場強處處為零，導體內場強處處為零，E E0 0三、空腔導體與靜電屏蔽三、空腔導體與靜電屏蔽由高斯定理由高斯定理反證法反證法: :假設內外表假設內外表A A處帶正電，處帶正電，B B處帶負電處帶負電 太原理工大學物理系太原理工大學物理系 結論：結論：1 1電荷只分布在導體外外表。電荷只分布在導體外外表。2 2導體腔內電場處處為零，與導體腔外有無電場、導體腔內電場處處為零，與導體腔外有無電場、有無帶電體無關。有無帶電體無關。 導體內部空間不遭到導

9、體外部電場的影響，導體內部空間不遭到導體外部電場的影響，此景象稱為靜電屏蔽景象。此景象稱為靜電屏蔽景象。 0E 太原理工大學物理系太原理工大學物理系q2 2 空腔內有帶電體空腔內有帶電體q2S00d1iSqSE，qq內內qQ1S再做高斯面再做高斯面S2S2將空腔內外表包圍將空腔內外表包圍00d2iSqSE，在導體內部做高斯面在導體內部做高斯面S1S1，因，因導體內導體內E E0 0Q內外表上有電荷分布嗎？內外表上有電荷分布嗎？電荷守恒定律電荷守恒定律, ,外外表電荷外外表電荷qQq外外 太原理工大學物理系太原理工大學物理系 結論：結論：1 1導體內外表的帶電量與腔內帶電體的電量等導體內外表的帶

10、電量與腔內帶電體的電量等量異號。量異號。2 2導體腔內外表的電荷分布由導體腔內外表的電荷分布由腔內帶電體腔內帶電體空腔內外表外形空腔內外表外形二者決議二者決議3 3腔內電荷分布和電場與腔外無關。腔內電荷分布和電場與腔外無關。 太原理工大學物理系太原理工大學物理系4)4)腔內帶電體位置的挪動，不影響腔外電場。腔內帶電體位置的挪動，不影響腔外電場。 太原理工大學物理系太原理工大學物理系3 3、空腔導體接地、空腔導體接地 空腔外外表不出現(xiàn)感應電荷，腔內帶電體空腔外外表不出現(xiàn)感應電荷，腔內帶電體對腔外不產生任何影響。對腔外不產生任何影響。 接地空腔導體可使腔內、腔外互不影響，接地空腔導體可使腔內、腔外

11、互不影響，實現(xiàn)完全的靜電屏蔽。實現(xiàn)完全的靜電屏蔽。 太原理工大學物理系太原理工大學物理系 太原理工大學物理系太原理工大學物理系解：設四個面電荷密度分別為解：設四個面電荷密度分別為 1 1， 2 2， 3 3， 4 4如圖做圓柱形高斯面如圖做圓柱形高斯面03200dSqSEiS例例1 AB1 AB為兩個平行放置的無限大均勻帶電導為兩個平行放置的無限大均勻帶電導體平板，體平板，A A板帶電量板帶電量qA,BqA,B板帶電量板帶電量qB,qB,求兩板四求兩板四個外表上的電荷面密度個外表上的電荷面密度. .AB1234032 太原理工大學物理系太原理工大學物理系Aqs )(21B 板內任取一點板內任取

12、一點P0222204030201 041又又解得解得ABPsqqBA241Bqs )(43sqqBA232 0PE 太原理工大學物理系太原理工大學物理系1R2RRqQ 例例2 有一內半徑有一內半徑R1和外半徑和外半徑R2的金屬球殼，在球的金屬球殼，在球殼內放一半徑殼內放一半徑R的同心金屬球，金屬球和球殼帶電的同心金屬球，金屬球和球殼帶電量分別為量分別為q和和Q，問，問1兩球體上的電荷如何分布？兩球體上的電荷如何分布？解：根據(jù)靜電平衡的條件和電荷守恒求電荷分布解：根據(jù)靜電平衡的條件和電荷守恒求電荷分布小球上電量小球上電量q q均勻分布在外表均勻分布在外表在球殼緊貼內外表作高斯面在球殼緊貼內外表作高斯面S SSr0SsEd0iiqqq內內 太原理工大學物理系太原理工大學物理系球殼外外表上有球殼外外表上有q+Qq+Q的電荷均勻分布的電荷均勻分布球殼內外表上有球殼內外表上有-q-q的電荷均勻分布的電荷均勻分布電荷守恒定律電荷守恒定律qQq外外qqQq 太原理工大學物理系太原理工