清华大学自用大学物理一教学课件第九章静电场中的导体

第九章,静电场中的导体,9-1导体的静电平衡条件,静电感应,+,在外电场影响下，导体表面不同部分出现正负电荷的现象。,静电平衡,导体内部和表面没有电荷的宏观定向运动。,静电平衡时导体中的电场特性：,1、导体内部的电场强度处处为零。导体表面的电场强度垂直与导体的表面。,2、导体内部和导体表面处处电势相等，整个导体是个等势体。,感应电荷：,因静电感应而在导体两侧表面上出现的电荷。,导体表面为等势面,推论：导体为等势体,9-2静电平衡的导体上的电荷分布,（1）处于静电平衡的导体，其内部各处净电荷为零，电荷只能分布在表面,1实心导体,2空腔导体,空腔内无电荷时,电荷分布在表面,若内表面带电，必等量异号,结论：空腔内无电荷时，电荷分布在外表面,内表面无电荷.,与导体是等势体矛盾,空腔内有电荷时,结论:空腔内有电荷+q时，空腔内表面有感应电荷-q，外表面有感应电荷+q,+,q,（2）处于静电平衡的导体，其面上各处的面电荷密度与当地表面紧邻处的电场强度的大小成正比,作扁圆柱形高斯面,（3）孤立导体处于静电平衡时，它的表面各处的面电荷密度与各处表面的曲率有关，曲率越大的地方，电荷面密度也越大,带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象,尖端放电现象,静电感应电晕放电可靠接地,带电云,避雷针的工作原理,+,+,+,+,+,+,+,俘获闪电：,激光束引起空气电离，使闪电改道,+高压,金属尖端的强电场的应用,接真空泵或充氦气设备,原理：样品制成针尖形状，针尖与荧光膜之间加高压，样品附近极强的电场使吸附在表面的,原子电离，氦离子沿电力线运动，撞击荧光膜引起发光，从而获得样品表面的图象。,9-3有导体存在时静电场的分析与计算,面对称带电体,球对称带电体,例.两块大导体平板，面积为S，分别带电q1和q2，两极板间距远小于平板的线度。求平板各表面的电荷密度。,解：,电荷守恒：,由静电平衡条件，导体板内E=0,例题12-1两块近距离放置的导体平板，面积均为S，分别带电q1和q2。求平板上的电荷分布。,解：,由静电平衡条件，导体板内没有电场,电荷守恒：,特例：,当两平板带等量的相反电荷时，,电荷只分布在两个平板的内表面！,由此可知：两平板外侧电场强度为零，内侧,这就是平板电容器。,例题12-2无限大的带电平面的场中平行放置一无限大金属平板求：金属板两面电荷面密度。,解：,设金属板面电荷密度,由对称性和电量守恒,导体体内任一点P场强为零,例有一外半径R1=10cm，内半径R2=7cm的金属球壳，在球壳中放一半径R3=5cm的同心金属球，若使球壳和球均带有q=10-8C的正电荷，问两球体上的电荷如何分布？球心电势为多少？,解,作球形高斯面,作球形高斯面,R1=10cm，R2=7cmR3=5cm，q=10-8C,END,例原来不带电的导体球附近有一点电荷,如图所示。求（1）导体球上的电势；（2）若导体球接地，导体上感应电荷的电量,解:,设：感应电荷面密度为,（1）导体是个等势体，若求出O点的电势，即为导体球的电势。,（2）导体球接地,导体是个等势体，O点的电势为0，则：,设：感应电荷面密度为,9-4静电屏蔽,1屏蔽外电场,空腔导体可以屏蔽外电场,使空腔内物体不受外电场影响.这时,整个空腔导体和