物理学电场精品文稿.ppt

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1、物理学电场1第1 页，本讲稿共30 页在直角坐标系中2、场强与电势的微分关系第2 页，本讲稿共30 页8.5 静电场中的导体和电介质-内部电荷可以移动(金银铜等各种金属)根据物质的导电特性，物质可为三类：-内部电荷不能移动(绝缘体:橡胶,塑料,木材等)-介于导体和绝缘体之间(二氧化硅等)导 体电介质半导体第3 页，本讲稿共30 页一、静电场中的导体1、导体的静电平衡（1）静电感应现象 导体在外电场作用下发生电荷重新分布的现象，叫做静电感应现象。（2）导体的静电平衡导体内的合场强：开始导体内没有电荷作定向移动，称导体处于静电平衡状态。第4 页，本讲稿共30 页（3）静电平衡条件场强条件:(1)导

2、体内的电场强度处处为零；若(1)不满足，电荷将在导体内部继续移动；(1)导体是等势体；电势条件:(2)导体表面的电场强度垂直于导体表面。若(2)不满足，电荷将沿着导体表面移动。(2)导体表面是等势面。第5 页，本讲稿共30 页(1).由于导体静电平衡时：导体内任意两点：即：导体是等势体。(2).由于导体表面上任一点的场强都垂直于该点表面。导体表面上任意两点：即：导体表面是等势面。电势条件证明如下:第6 页，本讲稿共30 页2、带电导体的电荷分布(1)实心带电导体由高斯定理所以实心带电导体，导体内无净电荷，电荷只能分布在导体的表面上。-电荷只能分布在导体的表面上（静电平衡状态下）第7 页，本讲稿

3、共30 页由高斯定理内表面带电的代数和为零内表面是否带有等量的异号电荷？反证法：违背导体静电平衡条件(2)空腔带电导体-腔内无带电体的情况-外表面带电，内表面不带电。结论：第8 页，本讲稿共30 页假设：空腔带电导体带电 腔内带电导体带电由高斯定理(3)空腔带电导体-腔内有带电体的情况因为腔内带电体带电量为，所以空腔内表面带电量应为。由电荷守恒定律，外表面上的电量应为：第9 页，本讲稿共30 页3、带电导体表面的电荷面密度（孤立导体）电荷面密度与导体表面的曲率半径成反比。导体表面尖锐处 R小，大，表面E也大导体表面平滑处 R大，小，表面E也小电源电压足够高时，尖端处电荷密度较大，电场较强，空气

4、被电离，发生尖端放电现象，形成静电风。尖端放电现象：起电器电风实验第10 页，本讲稿共30 页4、带电导体表面的场强当 足够小时，可看成是常量结论：大的地方 大第1 1 页，本讲稿共30 页5、导体带电特性在现代科技中的应用(1)、静电屏蔽技术带电体在空腔导体外-导体内和腔内电场处处为零；带电体在空腔导体内-腔体接地，腔体外电场处处为零。第12 页，本讲稿共30 页(2)尖端放电技术应用避雷针-建筑物防雷击第13 页，本讲稿共30 页定义：电偶极矩（电矩）当 时，称为电偶极子。二、静电场中的电介质1、电偶极子（1）、定义第14 页，本讲稿共30 页（2）、外电场中的电偶极子 由于电偶极子的 l

5、 很小，所以正负电荷所在点的电场强度可以认为相等。两力大小相等，方向相反，作用在不同直线上，合力为零，合力矩不为零。电偶极子在电场作用下总要使电偶极矩 转到 的方向上，达到稳定平衡状态。第15 页，本讲稿共30 页2、电介质的电结构电介质分子一般是多原子分子，比较复杂；原子核带正电，电子带负电；正电荷电量=负电荷电量。简化模型-正电荷中心、负电荷中心 电介质分子可以看成是一个电偶极子电偶极矩:第16 页，本讲稿共30 页3、电介质的种类无极分子有极分子根据正负电荷中心是否重合（1）、无极分子分子结构具有对称性，正电荷中心与负电荷中心重合，在外电场中，正负电荷中心发生移动，分开一定距离，产生感应

6、电偶极矩。固有电偶极矩为零。第17 页，本讲稿共30 页(2)、有极分子分子结构不对称，正电荷中心与负电荷中心不重合，具有固有电偶极矩。结论：电偶极矩转向的同时两电荷的间距也被拉大，当外电场不太大时，该影响可忽略。一般情况下-感应电偶极矩 固有电偶极矩第18 页，本讲稿共30 页4、电介质的极化(1)、转向极化(2)、位移极化第19 页，本讲稿共30 页 极化的结果：两种电介质的极化机制不同，但效果相同。电介质内部仍然呈现电中性，在电介质表面出现多余的电荷，称为极化电荷或束缚电荷，这种束缚电荷不能接地中和。电介质上的极化电荷比导体上的感应电荷在数量上要少得多，因此在电介质内部，极化电荷产生的电

7、场只能削弱原电场，而不会完全抵消原电场而使场强变为零。第20 页，本讲稿共30 页5、有介质存在时的电场介质内的电场显然有对于各向同性的电介质，存在关系称电介质的相对介电常数-为介质的绝对介电常数-为真空（空气）的绝对介电常数介质真空（空气）第21 页，本讲稿共30 页三、介质中的高斯定律真空中为自由电荷介质中为极化电荷公式变换代入真空中高斯定律通常 不好确定，这种形式的高斯定理应用时很不方便。第22 页，本讲稿共30 页定义：电位移矢量称为介质中的高斯定理令为通过任意闭合曲面的电位移通量在任何静电场中，通过任意闭合曲面的电位移通量，等于该闭合曲面所包围的自由电荷代数和。物理意义：高斯定理的应

8、用有介质时，求场强分布时，用高斯定理先求出 的分布，再由 求出场强的分布。第23 页，本讲稿共30 页例题1：如图有一均匀带电介质球，介电常数为1，外包围介电常数为2 的均匀介质(12)。求场强的分布？解：带电体球对称，由介质中的高斯定理：对于球外：对于球内：第24 页，本讲稿共30 页求：介质球壳内 P 点的电场强度、电势？例题 2：金属球半径 R，带电 Q介质球壳，内半径 a，外半径 b，介电常数，且解：由介质中的高斯定理第25 页，本讲稿共30 页第26 页，本讲稿共30 页例题3：两块无限大导体平板平行放置，如图所示。求两板各表面上的电荷面密度？解：依次设各板面带电荷面密度分别为：根据

9、导体的静电平衡条件，导体内的场强为零。即：点：点：由电荷守恒定律：四式联立得：第27 页，本讲稿共30 页(1)导体是等势体(2)导体表面是等势面 小 结：1、导体的静电平衡 当静电场中的导体内部任何一个点电荷都不发生宏观移动时，称为静电平衡。电场条件:(1)导体内的电场强度处处为零(2)导体表面的电场强度垂直与导体表面电势条件:一、静电场中的导体第28 页，本讲稿共30 页3、带电导体表面的电荷密度空腔带电导体(腔内无带电体)-电荷只能分布在导体的外表面上 空腔带电导体(腔内有带电体)-空腔内表面带电与腔内带电体带电等值异号4、带电导体表面的场强2、带电导体的电荷分布实心带电导体-电荷只能分布在导体的表面上第29 页，本讲稿共30 页2、电介质中的高斯定律 电位移通量 在任何静电场中，通过任意闭合曲面的电位移通量等于该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。与极化电荷无关。电位移矢量 1、有介质存在时电场称为绝对介电常数称为相对介电常数二、静电场中的电介质第30 页，本讲稿共30 页