大學(xué)物理學(xué)29第十章10-1 靜電場中的導(dǎo)體 10-2靜電場中的電介質(zhì) 10-3 電位移 有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理

1、大學(xué)物理學(xué)電子教案靜電場中的導(dǎo)體10-1 靜電場中的導(dǎo)體10-2 靜電場中的電介10-3 電位移 有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理兩條實(shí)驗(yàn)定律兩個(gè)出發(fā)點(diǎn)兩個(gè)基本性質(zhì)電荷受力電場力作功兩個(gè)物理量 電場強(qiáng)度電勢能靜電場復(fù)習(xí)庫侖定律疊加原理 高斯定理環(huán)路定理在靜電場中總是存在導(dǎo)體或電介質(zhì)靜電場與 靜電場中導(dǎo)體或電介質(zhì)之間有相互作用主要內(nèi)容有：靜電場中導(dǎo)體電介質(zhì)的極化有介質(zhì)時(shí)的高斯定理電容器電場的能量 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì) Conductor in electrostatic field10-1 靜電場中的導(dǎo)體金屬導(dǎo)體有自由電子，作無規(guī)則的熱運(yùn)動。導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下作宏觀定向運(yùn)動，引起導(dǎo)體中電荷重

2、新分布而呈現(xiàn)出帶電的現(xiàn)象，叫作靜電感應(yīng)。+ +AB+ +_+AB靜電感應(yīng)一、靜電感應(yīng) 靜電平衡條件靜電平衡演示 感應(yīng)電荷電場與外電場疊加使導(dǎo)體內(nèi)電場為零，電子不再定向運(yùn)動.導(dǎo)體球外電場為外電場和感應(yīng)電荷電場的疊加.+ 外電場中的導(dǎo)體平板+導(dǎo)體內(nèi)電場強(qiáng)度外電場強(qiáng)度感應(yīng)電荷電場強(qiáng)度+ +導(dǎo)體是等勢體靜電平衡條件（1）導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)處的電場強(qiáng)度為零；（2）導(dǎo)體表面處的電場強(qiáng)度的方向,都與導(dǎo)體表面垂直. 導(dǎo)體表面是等勢面 導(dǎo)體內(nèi)部電勢相等二 靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布+結(jié)論 導(dǎo)體內(nèi)部無電荷1實(shí)心導(dǎo)體2有空腔導(dǎo)體 空腔內(nèi)無電荷電荷分布在表面上問 內(nèi)表面上有電荷嗎？若內(nèi)表面帶電所以內(nèi)表面不帶電+- 結(jié)論

3、 電荷分布在外表面上（內(nèi)表面無電荷）+矛盾導(dǎo)體是等勢體 空腔內(nèi)有電荷電荷分布在表面上問 內(nèi)表面上有電荷嗎？ 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)等值異號的電荷 ，外表面增加感應(yīng)電荷 . （電荷守恒）+ 為表面電荷面密度 作錢幣形高斯面 S3導(dǎo)體表面電場強(qiáng)度與電荷面密度的關(guān)系 表面電場強(qiáng)度的大小與該表面電荷面密度成正比+注意 導(dǎo)體表面電荷分布與導(dǎo)體形狀以及周圍環(huán)境有關(guān).4導(dǎo)體表面電荷分布帶電導(dǎo)體尖端附近電場最強(qiáng) 帶電導(dǎo)體尖端附近的電場特別大，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 . 尖端放電會損耗電能, 還會干擾精密測量和對通訊產(chǎn)生危害 . 然而尖端放電也有很

4、廣泛的應(yīng)用 . 尖端放電現(xiàn)象尖端放電現(xiàn)象的利與弊熒光質(zhì)導(dǎo)電膜 + 高壓場離子顯微鏡(FIM)金屬尖端的強(qiáng)電場的應(yīng)用一例接真空泵或充氦氣設(shè)備金屬尖端接地原理：樣品制成針尖形狀，針尖與熒光膜之間加高壓，樣品附近極強(qiáng)的電場使吸附在表面的原 子 電離，氦離子沿電力線運(yùn)動， 撞擊熒光膜引起發(fā)光，從而獲得樣品表面的圖象。應(yīng)用：高壓設(shè)備的電極高壓輸電線避雷針不利的一面：浪費(fèi)電能避免方法：金屬元件盡量做成球形，并使導(dǎo)體表面盡可能的光滑 避雷針演示三 靜電屏蔽 1屏蔽外電場外電場 空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場, 使空腔內(nèi)物體不受外電場影響.這時(shí),整個(gè)空腔導(dǎo)體和腔內(nèi)的電勢也必處處相等.空腔導(dǎo)體屏蔽外電場 接地空腔導(dǎo)體將

5、使外部空間不受空腔內(nèi)的電場影響. 問：空間各部分的電場強(qiáng)度如何分布 ？接地導(dǎo)體電勢為零 2屏蔽腔內(nèi)電場+10-2 靜電場中的電介質(zhì)所謂電介質(zhì)，是指不導(dǎo)電的物質(zhì)，即絕緣體，內(nèi)部沒有可以移動的電荷。若把電介質(zhì)放入靜電場中，電介質(zhì)原子中的電子和原子核在電場力的作用下，在原子范圍內(nèi)作微觀的相對位移。達(dá)到靜電平衡時(shí)，電介質(zhì)內(nèi)部的場強(qiáng)也不為零。 在外電場中電介質(zhì)要受到電場的影響，同時(shí)也影響外電場。+ + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - -一 電介質(zhì)對電場的影響 相對電容率相對電容率電容率+ + + + + + + + + + + - - - - - - - -

6、- - -電介質(zhì)內(nèi)任意點(diǎn)的電場強(qiáng)度為原來真空時(shí)電場強(qiáng)度的1/er二 電介質(zhì)的極化無極分子電介質(zhì)：（氫、甲烷、石蠟等）有極分子電介質(zhì)：（水、有機(jī)玻璃等）電介質(zhì)的分類+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -三 電介質(zhì)中的電場強(qiáng)度 極化電荷與自由電荷的關(guān)系電位移矢量（均勻各向同性介質(zhì)）+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -電容率 電位移通量10-3 電位移 有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理電位移矢量（均勻介質(zhì)）有介質(zhì)時(shí)的高斯定理電容率有介質(zhì)時(shí)先求 注意（均勻介質(zhì)）電場強(qiáng)度 例 常用的圓柱形電容器，是由半徑為 的長直圓柱導(dǎo)體和同軸的半徑為 的薄導(dǎo)體圓筒組成，并在直導(dǎo)體與導(dǎo)體圓筒之間充以相對電容率為 的電介質(zhì).設(shè)直導(dǎo)體和圓筒單位長度上的電荷分別為 和 .求（1）電介質(zhì)中的電場強(qiáng)度和電位移；（）電介質(zhì)內(nèi)、外表面的極化電荷面密度解（1）（）由上題可知小 結(jié)10-1 靜電場中的導(dǎo)體靜電感應(yīng) 靜電平衡條件靜電平衡時(shí)的電荷分布靜電屏蔽10-2 靜電場中的電介質(zhì)電介質(zhì)對電場的影響 相對電容率電介