大学物理静电场中的导体ppt课件

.,1,1.导体存在大量的可自由移动的电荷,2.绝缘体理论上认为一个自由移动的电荷也没有也称电介质,3.半导体介于上述两者之间,8-5静电场中的导体,.,2,一、导体的静电平衡,.,3,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,.,4,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,.,5,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,.,6,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,.,7,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,.,8,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,.,9,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,.,10,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,+,+,.,11,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,+,.,12,导体的静电感应过程,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,+,+,+,.,13,导体的静电感应过程,+,加上外电场后,E,外,+,+,+,+,+,+,+,+,+,.,14,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,导体达到静平衡,E,外,E,感,感应电荷,感应电荷,.,15,导体在满足什么样的条件时才能达到静电平衡呢？,静电平衡状态：,导体内部和表面都没有电荷定向移动的状态,.,16,导体内部任意点的场强为零。,导体表面附近的场强方向处处与表面垂直。(如果有切向场强分量，表面电荷电荷会定向移动),静电平衡条件,等势体,导体内,导体表面,导体是等势体,.,17,处于静电平衡状态的导体的性质：,1、导体是等势体，导体表面是等势面。,3、导体内部处处没有未被抵消的净电荷，净电荷只分布在导体的表面上。,4、导体以外，靠近导体表面附近处的场强大小与导体表面在该处的面电荷密度的关系,详细说明如下,2、导体外部附近空间的场强与导体表面正交。,.,18,金属球放入前电场为一均匀场,1、导体表面附近的场强方向处处与表面垂直。,.,19,金属球放入后电力线发生弯曲电场为一非均匀场,导体表面是等势面,电力线与等势面处处正交,导体表面附近的场强方向处处与表面垂直,.,20,2、导体内没有净电荷，未被抵消的净电荷只能分布在导体表面上。,.,21,导体表面上的电荷分布情况，不仅与导体表面形状有关，还和它周围存在的其他带电体有关。,静电场中的孤立带电体：,曲率较大，表面尖而凸出部分，电荷面密度较大曲率较小，表面比较平坦部分，电荷面密度较小曲率为负，表面凹进去的部分，电荷面密度最小,3、导体表面上的电荷分布,导体上电荷面密度的大小与该处表面的曲率有关。,.,22,证明:,即,用导线连接两导体球,则,导体上电荷面密度的大小与该处表面的曲率半径成反比，即与曲率成正比。,.,23,实验验证：,静电曲率分布演示仪,在呈“S”型的导体上，把金属片贴在不同的曲率处。,将高压电源的正极接在导体上，开启高压电源，由低到高，逐渐加大电源。,观察金属片张开的情况，则看到曲率半径大的地方金属片张开角度很小，甚至保持下垂的状态。,.,24,静电平衡时，孤立导体表面某处的电荷面密度与该处表面曲率有关，曲率越大（曲率半径越小）的地方电荷密度也越大。,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,A,D,C,B,比较图中四点处的电荷密度的大小？,.,25,均匀带电平面,无限大均匀带电平面,.,26,表面附近作圆柱形（钱币形）高斯面,4、导体外部近表面处场强方向与该处导体表面垂直，大小与该处导体表面电荷面密度e成正比。,.,27,E仅由S处电荷产生而与其它电荷无关吗？为什么？,？,注意：,导体表面外侧附近的场强是空间所有电荷共同激发的！,由共同激发。,例：,导导体表面外附近的场强,.,28,电导块势场,.,29,尖端放电,尖端场强特别强，足以使周围空气分子电离而使空气被击穿，导致“尖端放电”，避雷针原理在此。,原理,尖端放电和球端放电的比较,.,30,注意：,靠近导体表面附近处的场强大小与导体表面在该处的面电荷密度的关系为,面电荷密度为的均匀带电平板周围的场强分布为多少？,.,31,二静电平衡时导体上电荷的分布,导体内部无电荷，电荷只能分布在导体表面。,1、实心导体,结论：,.,32,2、有空腔导体,a、空腔内无带电体的情况,电荷分布在表面上,内表面上有电荷吗？,思考：,若内表面带电,（A，B处只可能等量异号）与导体是等势体矛盾,结论电荷分布在外表面上（内表面无电荷）,.,33,b、空腔内有带电体,电荷分布在表面上,结论：,腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异号，腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定。,.,34,钱币形,三静电屏蔽,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,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等.,.,35,接地空腔导体将使外部空间不受空腔内的电场影响.,问：空间各部分的电场强度如何分布？,接地导体电势为零,2、屏蔽腔内电场,实验验证,外表面所带感应电荷全部入地,.,36,例1、有一外半径R1，内半径为R2的金属球壳。在球壳中放一半径为R3的金属球，球壳和球均带有电量10-8C的正电荷。问：（1）两球电荷分布。（2）球心的电势。（3）球壳电势。,解：,（rR3）,（R3rR2）,(1)、电荷+q分布在内球表面。,球壳内表面带电-q。,球壳外表面带电2q。,（R2R地球,.,52,说明电容是反映了电容器储存电荷能力的物理量，其数值由电容器的构造决定，而与电容器带不带电或带多少电无关。就像水容器一样，它的容量大小与水的深度无关。,如将地球看作孤立导体：,R地=6106m,可见，法拉是个很大的单位!,.,53,1、电容器的电容,导体组合,使之不受周围导体的影响电容器,电容器的电容：当电容器的两极板分别带有等值异号电荷q时，电量q与两极板间相应的电势差uA-uB的比值。,二、电容器及电容,.,54,三电容器电容的计算,1）设两极板分别带电；,步骤,2）求；,3）求；,4）根据求.,.,55,1平行板电容器,（2）两带电平板间的电场强度,（1）设两导体板分别带电,（3）两带电平板间的电势差,（4）平板电容器电容,.,56,1一个平行板电容器，当它带了电荷量Q以后，两导体间的电势差是U，如果它带的电荷量增大为2Q，则电容器的电容（）。A不变B.增大到2倍C.增大到4倍D.减小到1/2,A,.,57,例1平行平板电容器的极板是边长为的正方形，两板之间的距离.如两极板的电势差为，要使极板上储存的电荷,边长应取多大才行.,解,.,58,例、(1069)面积为S的空气平行板电容器，极板上分别带电量q，若不考虑边缘效应，则两极板间的相互作用力为(A)(B)(C)(D),B,.,59,平行板电容器电容,2圆柱形电容器,（3）,（2）,（4）电容,.,60,3球形电容器的电容,球形电容器是由半径分别为和的两同心金属球壳所组成,解设内球带正电（），外球带负电（）,孤立导体球电容,*,.,61,串联:,串联电容器组的电容的倒数等于每个电容的倒数之和。,四、电容器的串联和并联,.,62,并联:,串联电容器组的电容等于每个电容器电容之和。,.,63,将真空电容器充满某种电介质,平行板电容器,同心球型电容器,同轴圆柱型电容器,其中,.,64,8-8电场的能量,电源提供能量,一、带电系统的能量,水源提供能量,.,65,二电容器的电能,充电过程：电量0Q,dq：导体上，外力作功：,反复搬运电荷,.,66,三静电场的能量能量密度,物理意义电场是一种物质，它具有能量.,电场存在的空间体积,.,67,例：计算球形电容器的能量已知RA、RB、q,解：场强分布,取体积元,能量,（求C的好方法）,.,68,课堂讨论,比较均匀带电球面和均匀带电球体所储存的能量。,（先定性分析一下，然后求解。）,.,69,例、(1341)真空中有“孤立的”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(A)球体的静电能等于球面的静电能(B)球体的静电能大于球面的静电能(C)球体的静电能小于球面的静电能(D)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,B,.,70,7.一个平行板电容器，充电后与