第二章有导体时的静电场课件.ppt

《第二章有导体时的静电场课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章有导体时的静电场课件.ppt（47页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、一、一、静静电场电场中的中的导导体体 二、封闭金属壳内外的静电场二、封闭金属壳内外的静电场 三、电容器及其电容三、电容器及其电容四、带电体系的静电能四、带电体系的静电能 第二章第二章 有导体时的静电场有导体时的静电场一、一、静电场中的导体：静电平衡条件静电场中的导体：静电平衡条件1、金属导体、金属导体的电结构的电结构从从微微观观角角度度来来看看，金金属属导导体体是是由由带带正正电电的的晶晶格格点点阵阵（离离子子实实）和和自自由由电电子子构构成成，晶晶格格不不动动，相当于骨架，而相当于骨架，而自自由由电电子子在在内内部部可可自自由由运运动动，充充满满整整个个导导体体，是是公有化公有化的。的。当当

2、导导体体不不带带电电，也也不不受受外外电电场场作作用用时时，自自由由电电子子均均匀匀分分布布，只只做做热热运运动动而而没没有有定定向向的的宏宏观观电电荷荷移移动动，因因而而整整个个金金属导体从宏观上看是电中性的。属导体从宏观上看是电中性的。一、导体的静电平衡条件一、导体的静电平衡条件：静电平衡条件：静电平衡条件1、金属导体、金属导体的电结构的电结构E0E0E2、静电感应静电感应一、一、静电场中的导体：静电平衡条件静电场中的导体：静电平衡条件在在静静电电场场 中中，导导体体中中的的自自由由电电子子在在 作作用用下下定定向向运运动动，引引起起导导体体内内部部正正负负电电荷荷的的重重新新分分布布，反

3、过来又引起导体内外电场的重新分布。反过来又引起导体内外电场的重新分布。不不管管导导体体原原来来是是否否带带电电和和有有无无外外电电场场的的作作用用，导导体体内内部部和和表表面面都都没没有有电电荷荷的的宏宏观观定定向向运运动动的的状状态态称称为为导导体体的的静静电电平衡状态。平衡状态。3、导体的、导体的静电平衡静电平衡状态状态一、一、静电场中的导体：静电平衡条件静电场中的导体：静电平衡条件(1)(1)当导体达到静电平衡状态时，当导体达到静电平衡状态时，即：导体内部处处电场强度为零。即：导体内部处处电场强度为零。一、一、静电场中的导体：静电平衡条件静电场中的导体：静电平衡条件E0E0E静电平衡条件

4、：静电平衡条件：(2)(2)导体表面的电场与导体表面垂直。导体表面的电场与导体表面垂直。一、一、静电场中的导体：静电平衡条件静电场中的导体：静电平衡条件导体导体静电平衡条件：静电平衡条件：处处于于静静电电平平衡衡的的导导体体是是等等势势体体，导导体体表表面面是是等势面。等势面。一、一、静电场中的导体：静电平衡条件静电场中的导体：静电平衡条件4、导体、导体静电平衡静电平衡条件的另一种表述条件的另一种表述abL在导体内作任意形状的封闭曲面在导体内作任意形状的封闭曲面 S S，则，则一、一、静电场中的导体：静电场中的导体：导体上的电荷分布导体上的电荷分布（1 1）、导导体体内内部部不不存存在在净净电

5、电荷荷，电电荷荷只能分布在导体外表面上。只能分布在导体外表面上。S做做一一柱柱形形高高斯斯面面，上上底底在在导导体体外外,下下底底在在导导体体内，侧面与表面垂直。内，侧面与表面垂直。一、一、静电场中的导体：导体上的电荷分布静电场中的导体：导体上的电荷分布（2 2）、导导体体外外表表面面各各处处的的面面电电荷荷密密度度与该处的电场强度的大小成正比。与该处的电场强度的大小成正比。S一、一、静电场中的导体：导体上的电荷分布静电场中的导体：导体上的电荷分布 S一、一、静电场中的导体：导体上的电荷分布静电场中的导体：导体上的电荷分布q一一般般来来说说，表表面面突突出出尖尖锐锐的的地地方，面电荷密度较大；

6、方，面电荷密度较大；（3 3）、对对于于孤孤立立导导体体，静静电电平平衡衡时时，面面电电荷荷的的分分布布与与导导体体形形状状有有关关，表表面面曲曲率越大，面电荷密度也越大。率越大，面电荷密度也越大。q表面平坦处面电荷密度较小；表面平坦处面电荷密度较小；q表表面面凹凹陷陷处处面面电电荷荷密密度度更更小小，甚至为零。甚至为零。q在在导导体体尖尖端端，电电荷荷密密度度很很大大，表表面面电电场场很很强强，可可使使空空气气分分子子电电离离，或或使使空空气气中中残残留留的的离离子子发发生生激激烈烈运运动动而而产产生生碰碰撞撞电电离离，与与尖尖端端电电荷荷异异号号的的离离子子受受到到吸吸引引而而趋趋向向尖尖

7、端端，与与尖尖端端电电荷荷同同号号的的离离子子受受到到排排斥斥而而飞飞离离尖尖端端，形形成成“电电风风”，可使火焰上部偏斜。这即是，可使火焰上部偏斜。这即是尖端放电尖端放电。电晕电晕 避雷针避雷针一、一、静电场中的导体：导体上的电荷分布静电场中的导体：导体上的电荷分布q导导体体放放入入静静电电场场中中时时，导导体体上上的的电电荷荷与与导导体外的电场都会重新分布达到新的平衡。体外的电场都会重新分布达到新的平衡。一、一、静电场中的导体：静电场中的导体：分析与计算分析与计算q举例举例选择题选择题1.1.当一个带电导体达到静电平衡时：当一个带电导体达到静电平衡时：（A A）表面上电荷密度较大处电势较高

8、）表面上电荷密度较大处电势较高（B B）表面曲率较大处电势较高）表面曲率较大处电势较高（C C）导体内部的电势比导体表面的电势高）导体内部的电势比导体表面的电势高（D D）导体内任一点与其表面上任一点的电势差等于零）导体内任一点与其表面上任一点的电势差等于零2.2.一半径为一半径为R R的导体球表面的面电荷密度为的导体球表面的面电荷密度为，则在距球面，则在距球面R R处处的电场强度为：的电场强度为：（A A）/0 0；（B B）/2/20 0；（C C）/4/40 0；（D D）/8/80 0。3.3.在静电场中的处于静电平衡的导体，内部的：在静电场中的处于静电平衡的导体，内部的：（A A）电

9、场和电势均为零；）电场和电势均为零；（B B）电场不为零而电势为零；）电场不为零而电势为零；（C C）电势和表面电势相等；）电势和表面电势相等；（D D）电势较表面电势低。）电势较表面电势低。选择题选择题4.4.关于导体达到静电平衡时，如下说法不正确的是关于导体达到静电平衡时，如下说法不正确的是:（A A）导体内部电场处处为零，但表面上可以不为零；）导体内部电场处处为零，但表面上可以不为零；（B B）导体是等势体，表面是等势面；）导体是等势体，表面是等势面；（C C）实心导体内部电荷密度处处为零；）实心导体内部电荷密度处处为零；（D D）导体表面上的电荷面密度处处相等。）导体表面上的电荷面密度

10、处处相等。5.5.关于导体达到静电平衡时，如下说法不正确的是关于导体达到静电平衡时，如下说法不正确的是:（A A）导体内部净电荷处处为零，但表面上可以不为零；）导体内部净电荷处处为零，但表面上可以不为零；（B B）导体表面外附近的电场与表面垂直；）导体表面外附近的电场与表面垂直；（C C）导体内电场强度处处为零；）导体内电场强度处处为零；（D D）导体的电势为零。）导体的电势为零。（1 1）基本性质）基本性质 当导体壳内没有其它带电体时，在静电当导体壳内没有其它带电体时，在静电平衡下，平衡下，导体壳的内表面上处处没有电荷，导体壳的内表面上处处没有电荷，电荷只分布在外表面；电荷只分布在外表面；空

11、腔内没有电场，空腔内没有电场，或者说，空腔内的电位处处相等。或者说，空腔内的电位处处相等。二、二、封闭金属壳内外的静电场封闭金属壳内外的静电场（1-1）法拉第圆筒）法拉第圆筒二、二、封闭金属壳内外的静电场封闭金属壳内外的静电场（1-2）范德格喇夫起电机）范德格喇夫起电机二、二、封闭金属壳内外的静电场封闭金属壳内外的静电场（2 2）基本性质）基本性质当导体壳内有其它带电体时，在静电平衡状当导体壳内有其它带电体时，在静电平衡状态下，导体壳的内表面所带电荷与腔内电荷态下，导体壳的内表面所带电荷与腔内电荷的代数和为零。的代数和为零。二、二、封闭金属壳内外的静电场封闭金属壳内外的静电场（2 2）基本性质

12、）基本性质在导体空腔外有电荷存在时，由于导体静电在导体空腔外有电荷存在时，由于导体静电平衡的性质，不难证明，腔外电荷与空腔外平衡的性质，不难证明，腔外电荷与空腔外表面的感应电荷在腔内产生的总电场为零。表面的感应电荷在腔内产生的总电场为零。即即二、二、封闭金属壳内外的静电场封闭金属壳内外的静电场说说明明导导体体空空腔腔可可把把腔腔外外电电场场屏屏蔽蔽住住。这这个个现现象象称称为为静电屏蔽静电屏蔽。（2-12-1）静电屏蔽）静电屏蔽接地的接地的金属壳。假定带电体带正电。金属内表面出现等量的负电荷，由内部带电体出发的电力线就会全部终止在外壳内表面等量的负电荷上，使电力线不能穿出导体壳。这样就把内部带

13、电体对外界的影响全部隔绝了。实际上，应是外壳内表面的负电荷在导体壳外产生了一个电场，它和内部带电体在导体壳外产生的电场处处抵消。二、二、封闭金属壳内外的静电场封闭金属壳内外的静电场（2-22-2）等电位高压带电作业）等电位高压带电作业作业人员全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套和金属丝网制成的衣、帽、手套和鞋子。鞋子。这种保护服叫做金属均压服金属均压服。均压服在带电作业中有以下作用：一是屏蔽和均压作用。均压服相当于一个空腔导体，对人体起到电屏蔽作用，它减弱达到人体的电场。二是分流作用。当作业人员经过电位不同的区域时，要承受一个幅值很大的脉冲电流，由于均压服与人体相比电阻很小，可以对此电流进行分流

14、，使绝大部分电流流经均压服。二、二、封闭金属壳内外的静电场封闭金属壳内外的静电场选择题选择题1.1.将一个带正电的导体靠近一个不带电的导体将一个带正电的导体靠近一个不带电的导体A A，则导体，则导体A A的电的电势将：势将：（A A）增大；）增大；（B B）减小；）减小；（C C）不变；）不变；（D D）为零。）为零。2.2.带正电荷的物体带正电荷的物体M M，靠近一原不带电的金属导体，靠近一原不带电的金属导体N N，N N的左端感的左端感生出负电荷，右端感生出正电荷。若将生出负电荷，右端感生出正电荷。若将N N的左端接地，如图所示，的左端接地，如图所示，则则:（A A）N N上有负电荷入地；

15、上有负电荷入地；（B B）N N上有正电荷入地；上有正电荷入地；（C C）N N上的电荷不动；上的电荷不动；（D D）N N上所有电荷都入地。上所有电荷都入地。选择题选择题3.3.在一个原来不带电的外表面为球形的空腔导体在一个原来不带电的外表面为球形的空腔导体A A内，放一带有内，放一带有电荷为电荷为+Q+Q的带电导体的带电导体B B，如图所示。则比较空腔导体，如图所示。则比较空腔导体A A的电势的电势UAUA和导体和导体B B的电势的电势UBUB时，可得以下结论：时，可得以下结论：（A A）UA=UB UA=UB （B B）UA UBUA UB（C C）UA UB UA UB （D D）因空

16、腔形状不是球形，两者无法比较）因空腔形状不是球形，两者无法比较4.4.如图所示，导体球如图所示，导体球A A与导体球壳与导体球壳B B同心，原来都不带电，也不同心，原来都不带电，也不接地。设图中接地。设图中M M、N N两点的场强分别为两点的场强分别为E EM M、E EN N，下面说法中正确，下面说法中正确的是：的是：（A A）若使）若使A A球带电，则球带电，则E EM M 0 0，E EN N=0=0（B B）若使）若使B B球带电，则球带电，则E EM M=0=0，E EN N 0 0（C C）若使）若使A A、B B两球分别带上等量异种电荷，则两球分别带上等量异种电荷，则E EM M

17、 0 0，E EN N=0=0（D D）若使）若使A A球带电，球带电，B B球接地，则球接地，则E EM M=0=0，E EN N=0=0NMBA（1 1）孤立导体的电容）孤立导体的电容 所谓“孤立孤立”导体，就是说在这导体的附近没有其它导体和带电体。设想孤立导体带电q，它将具有一定的电位U。发现U随着q的增加，将按比例地增加。这个比例关系可写成:三、三、电容器及其电容电容器及其电容（1 1）孤立导体的电容）孤立导体的电容电容的单位是库仑/伏特，称法拉，简称法，用F F表示：1法拉=1库仑/1伏特。实际中常用微法（记作F）、皮法（记作pF）。三、三、电容器及其电容电容器及其电容（1 1）孤立

18、导体的电容）孤立导体的电容电容量由几何尺寸决定的。三、三、电容器及其电容电容器及其电容例：例：求半径为 R 的孤立导体球的电容。三、三、电容器及其电容电容器及其电容（2 2）电容器及其电容）电容器及其电容如果在一个导体A A的近旁有其它导体，则这导体的电位U不仅与它自已所带电量的多少有关，还取决于其它导体的位置和形状。这是由于电量q使邻近导体的表面产生感应电荷，它们将影响着空间的电位分布和每个导体的电位。在这种情况下，我们不可能再用一个常数C=q/U来反映U和q之间的依赖关系了。三、三、电容器及其电容电容器及其电容（2 2）电容器及其电容）电容器及其电容要想消除其它导体的影响，可采用静电屏蔽的

19、方法。随着 的增加，将按比例地增大，因此我们仍可定义它的电容为三、三、电容器及其电容电容器及其电容不接地时，可写为不接地时，可写为（a a）平行板电容器）平行板电容器三、三、电容器及其电容电容器及其电容（b b）同心球形电容器）同心球形电容器三、三、电容器及其电容电容器及其电容（c c）同轴柱形电容器）同轴柱形电容器三、三、电容器及其电容电容器及其电容（3 3）电容器的并联、串联电容器的并联、串联（a a）并联）并联三、三、电容器及其电容电容器及其电容（3 3）电容器的并联、串联电容器的并联、串联（a a）串联）串联三、三、电容器及其电容电容器及其电容选择题选择题1.1.两个半径相同的金属球，

20、一为空心，一为实心，把两者各自两个半径相同的金属球，一为空心，一为实心，把两者各自孤立时的电容值加以比较，则：孤立时的电容值加以比较，则：（A A）空心球电容值大）空心球电容值大 （B B）实心球电容值大）实心球电容值大（C C）两球电容值相等）两球电容值相等 （D D）大小关系无法确定）大小关系无法确定2.2.一平行板电容器充电后又切断电源，然后再将两极板的距离一平行板电容器充电后又切断电源，然后再将两极板的距离增大，这时与电容器相关联的：增大，这时与电容器相关联的：（A A）电容器极板上的电荷；）电容器极板上的电荷；（B B）电容器两极板间的电势差；）电容器两极板间的电势差；（C C）电容

21、器极板间的电场；）电容器极板间的电场；（D D）电容器的电容；）电容器的电容；（E E）电容器储存的能量。）电容器储存的能量。上述五个物理量中增加的有上述五个物理量中增加的有 ()()上述五个物理量中减少的有上述五个物理量中减少的有 ()()上述五个物理量中恒定的有上述五个物理量中恒定的有 ()()选择题选择题3.3.平行板电容器在接入电源后，把两板间距拉大，则电容器的：平行板电容器在接入电源后，把两板间距拉大，则电容器的：（A A）电容增大；）电容增大；（B B）电场强度增大；）电场强度增大；（C C）所带电量增大；）所带电量增大；（D D）电容、电量及两板内场强都减小。）电容、电量及两板内

22、场强都减小。4.4.如果在空气平行板电容器的两极板间平行地插入一块与极板如果在空气平行板电容器的两极板间平行地插入一块与极板面积相同的金属板，则由于金属板的插入及其相对极板所放位面积相同的金属板，则由于金属板的插入及其相对极板所放位置的不同，对电容器电容的影响为：置的不同，对电容器电容的影响为：（A A）使电容减小，但与金属板相对极板的位置无关。使电容减小，但与金属板相对极板的位置无关。（B B）使电容减小，且与金属板相对极板的位置有关。使电容减小，且与金属板相对极板的位置有关。（C C）使电容增大，但与金属板相对极板的位置无关。使电容增大，但与金属板相对极板的位置无关。（D D）使电容增大，

23、且与金属板相对极板的位置有关。使电容增大，且与金属板相对极板的位置有关。（1 1）点电荷之间的相互作用能）点电荷之间的相互作用能移动一个带电体中的电荷，就需要抵抗电荷之间的静电力作一定的功 ，从而带电体系的静电位能静电位能(简称静电能静电能)将改变 ，二者的关系是做正功，静电能增加；做负功，静电能减少。四、四、带电体系的静电能带电体系的静电能（a a）两个点电荷的情形 1不动，移动2四、四、带电体系的静电能带电体系的静电能同样，2不动，移动1两种计算方式所得结果一致四、四、带电体系的静电能带电体系的静电能写成对称形式（b b）多个点电荷的情形四、四、带电体系的静电能带电体系的静电能可写为通式（

24、b b）多个点电荷的情形四、四、带电体系的静电能带电体系的静电能对称形式例例四、四、带电体系的静电能带电体系的静电能（2 2）电容器的静电能）电容器的静电能 平行板电容器为例:这里电压 是指正极板电位 减负极板电位 ，若在这一瞬间电源把 的电量从正极板搬运到负极板，从能量守恒有观点看来，这时电池做的功应等于电量 从正极板迁移到负极板后电位能的增加，四、四、带电体系的静电能带电体系的静电能选择题选择题1.1.如果电容器两极间的电势差保持不变，这个电容器在电介质如果电容器两极间的电势差保持不变，这个电容器在电介质存在时所储存的自由电荷与没有电介质（即真空）时所储存的存在时所储存的自由电荷与没有电介

25、质（即真空）时所储存的电荷相比电荷相比:（A A）增多）增多 （B B）减少）减少 （C C）相同）相同 （D D）不能比较）不能比较2.2.两电容器的电容之比为两电容器的电容之比为C C1 1：C C2 2 =1 =1：2 2，把它们串联后接到电，把它们串联后接到电源上充电，则其静电能之比源上充电，则其静电能之比W W1 1：W W2 2=（B B ）（A A）1 1：2 2 （B B）2 2：1 1 （C C）1 1：1 1 （D D）不确定）不确定3.3.空中有空中有“孤立的孤立的”均匀带电球体和一均匀带电球面，如果它均匀带电球体和一均匀带电球面，如果它们的半径和所带的电荷都相等。则它们的静电能之间的关系是：们的半径和所带的电荷都相等。则它们的静电能之间的关系是：（A A）球体的静电能等于球面的静电能）球体的静电能等于球面的静电能 （B B）球体的静电能大于球面的静电能）球体的静电能大于球面的静电能（C C）球体内的静电能大于球面内的静电能，球体外的静电能小）球体内的静电能大于球面内的静电能，球体外的静电能小于球面外的静电能于球面外的静电能（D D）球体的静电能小于球面的静电能）球体的静电能小于球面的静电能