大学物理-静电场中的导体和电介质课件.ppt
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1、关于大学物理-静电场中的导体和电介质现在学习的是第1页,共65页内内 容容 提提 要要静电场中的导体的内外场的性质静电场中的导体的内外场的性质电容电容电场能量电场能量静电场中的电介质中场的特点静电场中的电介质中场的特点现在学习的是第2页,共65页现在学习的是第3页,共65页现在学习的是第4页,共65页第一节第一节 静电场中的导体静电场中的导体 一金属导体静电平衡条件一金属导体静电平衡条件 +金属离子金属离子自由电子自由电子 金属导体内部微观电荷运动特征。金属导体内部正负电荷总量金属导体内部微观电荷运动特征。金属导体内部正负电荷总量相等,从统计平均看,内部处处无多余的电荷累积,呈电中性。相等,从
2、统计平均看,内部处处无多余的电荷累积,呈电中性。金属金属现在学习的是第5页,共65页金属金属 在外场的作用下,自由电子的定向运动,使电荷在导体内局在外场的作用下,自由电子的定向运动,使电荷在导体内局部堆积。电子在合场的驱动下,不断运动,一直到部堆积。电子在合场的驱动下,不断运动,一直到。感应电荷感应电荷感应电荷感应电荷 当导体内的电场为零时,电子的宏观定向运动停止,导体达到当导体内的电场为零时,电子的宏观定向运动停止,导体达到静电平衡。静电平衡。时间:时间:现在学习的是第6页,共65页静电平衡条件静电平衡条件1.导体内部场强为零。导体内部场强为零。2.导体是等势体,导体表面是等势面。导体是等势
3、体,导体表面是等势面。3.导体表面处的场强与表面垂直。导体表面处的场强与表面垂直。金属金属带电导体带电导体+证明证明2证明证明 3(略)(略)现在学习的是第7页,共65页二二.静电平衡下导体上电荷分布静电平衡下导体上电荷分布1.实心导体实心导体金属金属导体导体+高斯面高斯面结论:电荷分布在导体的表面上。结论:电荷分布在导体的表面上。现在学习的是第8页,共65页2.空心导体空心导体空腔内无带电体时空腔内无带电体时金属金属导体导体+结论:导体上的电荷分布在外表面,腔内场强为零,而电势处结论:导体上的电荷分布在外表面,腔内场强为零,而电势处处相同。处相同。现在学习的是第9页,共65页 腔内有带电体时
4、腔内有带电体时高斯面高斯面 结论:导体内表面上的电荷量同腔内净余电量,但异号。结论:导体内表面上的电荷量同腔内净余电量,但异号。+现在学习的是第10页,共65页+带电导体带电导体+三三.导体表面外侧附近的场强导体表面外侧附近的场强+s+此场强是空间所有电荷在导体表面附此场强是空间所有电荷在导体表面附近的场强的合场。近的场强的合场。现在学习的是第11页,共65页四四 带电导体上的电荷面密度与导体表面曲率的关系带电导体上的电荷面密度与导体表面曲率的关系 1 尖端放电尖端放电:由由 知,尖端附近场强大,达到一定程度时,可使空知,尖端附近场强大,达到一定程度时,可使空气被击穿,与尖端处的异号离子被吸引
5、,与尖端处的电荷中和,使气被击穿,与尖端处的异号离子被吸引,与尖端处的电荷中和,使导体上的电荷减少,称为导体上的电荷减少,称为尖端放电尖端放电。理论和实验表明,带电导体达静电平衡时,电荷在表面曲率大理论和实验表明,带电导体达静电平衡时,电荷在表面曲率大处(曲率半径小)电荷密度较大,或讲表面尖端处电荷密度相对较处(曲率半径小)电荷密度较大,或讲表面尖端处电荷密度相对较大。大。(1)电晕现象电晕现象:高压线的电晕现象(在尖端附近被电离的空气:高压线的电晕现象(在尖端附近被电离的空气形成的离子与空气中的分子碰撞,使之激发,产生光辐射,形成电形成的离子与空气中的分子碰撞,使之激发,产生光辐射,形成电晕
6、)等。为减小能量损失导体表面应光滑平坦。晕)等。为减小能量损失导体表面应光滑平坦。*演示电吹风等。演示电吹风等。现在学习的是第12页,共65页 (2)如高大建筑物遭雷击(物与云间放电)。防护:避雷针(避雷针与云间放电)。(3)森林火灾等。防护:高压设备做成球形等。*黄岛油库爆炸,球员毙命,农田,走路,油罐车的拖地金属链,纺织厂车间飞絮,-等。现在学习的是第13页,共65页应用:静电除尘,静电喷漆等。应用:静电除尘,静电喷漆等。几毫米粗几毫米粗金属丝金属丝电离空气电离空气电子电子尘粒负离子。尘粒负离子。电压约电压约现在学习的是第14页,共65页金属腔金属腔带电体带电体+*高新科技应用:计算机屏蔽
7、,电子设备屏蔽等,高新科技应用:计算机屏蔽,电子设备屏蔽等,演示演示金属网的屏蔽作用金属网的屏蔽作用五五.静电屏蔽静电屏蔽 电力线终止在导体表面上,使空腔内物体不受外界电场的干扰,电力线终止在导体表面上,使空腔内物体不受外界电场的干扰,从而起到从而起到“保护作用保护作用”。电子仪器电子仪器现在学习的是第15页,共65页 这表明,当金属腔内的带电体移动时,只改变腔内表面的电荷的分布,这表明,当金属腔内的带电体移动时,只改变腔内表面的电荷的分布,不影响外表面上的电荷的分布,但外表面上的感应电荷对壳外空间的电场有不影响外表面上的电荷的分布,但外表面上的感应电荷对壳外空间的电场有影响。影响。若金属壳接
8、地,则金属壳电势为零;内表面上感应电荷及腔内电若金属壳接地,则金属壳电势为零;内表面上感应电荷及腔内电荷的场对壳外空间的电场无影响。金属壳起到静电屏蔽作用。荷的场对壳外空间的电场无影响。金属壳起到静电屏蔽作用。金属壳金属壳+现在学习的是第16页,共65页 例例 71 带电量为带电量为 半径为半径为 的金属球,与一内外半径分别为的金属球,与一内外半径分别为 ,带电量为带电量为 金属球壳同心。求电势的分布。金属球壳同心。求电势的分布。+金属球金属球金属球壳金属球壳解解 电荷分布为电荷分布为+球壳内外表面上的电荷为球壳内外表面上的电荷为和和 电势的分布:据电势的叠电势的分布:据电势的叠加原理,加原理
9、,金属球内任一点为金属球内任一点为球壳的电势球壳的电势现在学习的是第17页,共65页按定义,按定义,则金属球内的电势则金属球内的电势+金属球金属球金属球壳金属球壳由高斯定律得场强的分布为由高斯定律得场强的分布为现在学习的是第18页,共65页+金属球金属球金属球壳金属球壳球与球壳间的电势差球与球壳间的电势差而球壳的电势为而球壳的电势为现在学习的是第19页,共65页+金属球金属球金属球壳金属球壳例题例题1 若球壳接地,是否对电势及电势差有影响。若球壳接地,是否对电势及电势差有影响。2 金属球移动,是否影响球壳内外的场。金属球移动,是否影响球壳内外的场。3 当球偏心时,当球偏心时,如何如何?讨论:讨
10、论:现在学习的是第20页,共65页 例例 72 如图示,一无限大的均匀带电金属板如图示,一无限大的均匀带电金属板A,若把一大的属板,若把一大的属板B靠近靠近A板,求板,求B板上的电荷分布,二板的电势差。板上的电荷分布,二板的电势差。+解:解:由电荷守恒定律和导体内场强由电荷守恒定律和导体内场强为零及用高斯定律,可得为零及用高斯定律,可得B板上的板上的电荷分部为(证明略)图示。电荷分部为(证明略)图示。+二板的电势差二板的电势差若若B板接地后,二板的电势差板接地后,二板的电势差+题目题目现在学习的是第21页,共65页 例例 7-4 一不带电的金属球外有一点电荷,如图示,求球心的场强和电一不带电的
11、金属球外有一点电荷,如图示,求球心的场强和电势。势。点电荷点电荷 解:因球面的感应电荷等量解:因球面的感应电荷等量异号,故球心的电势为异号,故球心的电势为而球内场强处处为零。而球内场强处处为零。当球接地时,球心的场强几何当球接地时,球心的场强几何 感应电荷若干感应电荷若干 若若现在学习的是第23页,共65页点评点评求解静电场中的导体题目思路求解静电场中的导体题目思路1 用高斯定律,导体内场强为零及电荷守恒律求出电荷的分布。用高斯定律,导体内场强为零及电荷守恒律求出电荷的分布。2 按上章的规律求电势,电势差等。按上章的规律求电势,电势差等。3 正确用场强,电势的叠加原理。正确用场强,电势的叠加原
12、理。4 注意导体内场强为零,导体是等电势体。注意导体内场强为零,导体是等电势体。现在学习的是第24页,共65页第二节第二节 电介质电介质一一.电介质的极化电介质的极化电介质电介质又称又称绝缘体,绝缘体,在电介质中,电子被束缚在各自的原子或分子中,在电介质中,电子被束缚在各自的原子或分子中,因而,因而,电介质中无自由电子电介质中无自由电子。本节讨论电介质对电场的影响。本节讨论电介质对电场的影响。无极分子,正负无极分子,正负电荷中心重合电荷中心重合在外场的作用下,二者在外场的作用下,二者分离,形成电偶极子分离,形成电偶极子电介质电介质+1 无极分子极化无极分子极化如氧,氢,氮等双原子分子,原子分布
13、具有对称性。如氧,氢,氮等双原子分子,原子分布具有对称性。极化面电荷极化面电荷极化电荷的场强极化电荷的场强外界施加在介质上的场外界施加在介质上的场介质内的场强介质内的场强束缚电荷束缚电荷现在学习的是第26页,共65页2 有极分子的极化有极分子的极化有极分子,有极分子,正负电荷中心不重合。正负电荷中心不重合。+核核电子电子电子电子电子电子电子电子 电子电子等效电偶极子等效电偶极子+如水,二氧化硫,聚氯已烯等,分子都具有固有电矩。如水,二氧化硫,聚氯已烯等,分子都具有固有电矩。电介质电介质趋向极化趋向极化在外场中,有极分子沿外场排列在外场中,有极分子沿外场排列+无外场时,电偶极子杂乱无章的排列无外
14、场时,电偶极子杂乱无章的排列+外场存在时,电偶极子沿外场排列外场存在时,电偶极子沿外场排列+极化面极化面电荷电荷现在学习的是第27页,共65页电介质中的场强为电介质中的场强为介质内的场强介质内的场强 与与 同向,和同向,和 反向。反向。现在学习的是第28页,共65页二二.电极化强度矢量电极化强度矢量电介质电介质设想一块电介质置于外场中被极化。取一体元设想一块电介质置于外场中被极化。取一体元p定义定义反映反映P点附近平均极化程度。点附近平均极化程度。反映反映P点极化程度。点极化程度。式中式中 是介质中的场强,是介质中的场强,:电极化率,由介质性质决定。:电极化率,由介质性质决定。:电极化强度矢量
15、。:电极化强度矢量。:相对介电常数。:相对介电常数。现在学习的是第29页,共65页三三.电极化强度矢量与极化电荷面密度的关系电极化强度矢量与极化电荷面密度的关系设一斜圆柱电介质被设一斜圆柱电介质被均匀极化均匀极化。即电极化强度处处相等即电极化强度处处相等。均匀极化均匀极化L+电介质电介质结论:结论:极化电荷的面密度为电极化强度在法线方向上的投影。极化电荷的面密度为电极化强度在法线方向上的投影。现在学习的是第30页,共65页+电介质电介质第三节第三节 电介质中的场强电介质中的场强 介质中的高斯定律介质中的高斯定律一电介质中的场强一电介质中的场强如图示如图示代数式代数式:相对介电常数:相对介电常数
16、现在学习的是第31页,共65页适用条件适用条件:1介质充满整个场介质充满整个场2介质分界面为等势面介质分界面为等势面+金属球金属球例例+金属球金属球ABC现在学习的是第32页,共65页+金属球金属球第一壳层电介质内表面的极化电荷面密度:第一壳层电介质内表面的极化电荷面密度:第一壳层电介质内表面的极化电荷总量第一壳层电介质内表面的极化电荷总量现在学习的是第33页,共65页+电介质电介质二介质中的高斯定律二介质中的高斯定律 电位移电位移选一高斯封闭面选一高斯封闭面令令则则称为电位移矢量。称为电位移矢量。现在学习的是第34页,共65页 介质中的高斯定律介质中的高斯定律 :通过场中某一封闭面上的电位移
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- 大学物理 静电场 中的 导体 电介质 课件
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