2021-2022学年高二物理竞赛课件：静电场中的导体与电介质

1、静电场中的导体与电介质 一 理解静电场中导体处于静电平衡时的条件，并能从静电平衡条件来分析带电导体在静电场中的电荷分布. 三 理解电容的定义，并能计算几何形状简单的电容器的电容. 四 了解静电场是电场能量的携带者，了解电场能量密度的概念，能用能量密度计算电场能量.教学基本要求 二 了解电介质的极化及其微观机理，了解电位移矢量 的概念，以及在各向同性介质中， 和电场强度 的关系 . 了解电介质中的高斯定理，并会用它来计算对称电场的电场强度.讨论电场与金属导体电介质相互作用和相互影响的规律。61 静电场中的导体一、静电感应 静电平衡条件中性导体静电感应产生导体内部外部场强也变化静电平衡条件静电平衡

2、状态内部外表面表面导体表面和内部都没有电荷运动。外静电平衡条件也可描述为：导体为等势体表面为等势面1、i)导体内部没有净电荷，电荷分布在外表面上。证明：在导体内作一高斯面如图二、静电平衡时导体上的电荷分布2、导体表面上各处的与该处表面附近的E大小成正比。0（因E内=0，内部两点间无电位差）ii)若导体空腔内无电荷,电荷分布在外表面.平坦处：r大小则E小 尖端处：r小大则E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3、孤立导体表面各处的面电荷密度与各处的表面曲率半径 r 的关系。放电！ 尖端放电现象避雷针必须可靠接地带电云避雷针的工作原理+静电屏蔽导体壳：（

3、静电平衡时）（1）腔内无带电体情况内表面无电荷腔内（无场区）外部场不影响内部（2）腔内有带电体情况导体腔感应带电：内表面电荷与腔内电荷等值异号（用高斯定理可证明）外表面电荷与腔内电荷等值同号（若腔带电Q 则外表面为 Q+q ）静电屏蔽。内部场不影响外部导体壳接地：静电屏蔽。腔内电荷q 移动时：变，腔内电场分布情况变。不变，壳外电场分布不变。移动前的情况 移动后的情况内表面带电总量“-q”不变，外表面带电总量“+q”不变，四*、有导体存在时静电场的分析与计算例1、有一块大金属平板，面积为S，带有总电量Q，今 在其近旁平行地放置第二块大金属板，此板原来不带电。 求：静电平衡时（1）金属板上的电荷分

4、布及周围空间的电场分布。（2）如果把第二块金属板接地，情况又如何？解（1）静电平衡：1、2 分别均匀分布。 静电感应：3、4 分别均匀分布。电荷守恒：作高斯面如图（E板间 板面，导体内E=0）由高斯定理： 2 + 3 = 0(1)金属板内的P点: 根据场强迭加原理1 2 3 4（忽略边缘效应）证明: 1=4 , 2=-3(证毕)联立解得:根据 ( 带电导体表面附近 的合场 ) 得:EAEBEC(2)第二块接地:联立解得:EB1 2 3 1 2 3 4例2、 如图接地金属球半径为R，距球心为d=2R处有 一点电荷+ q ，求球上感应电荷q有多大？解 问：金属球接地，是否q全部跑掉？球上 q 分布不均匀。需保证此类问题的关键是：球心Rdo答：不一定！要受“+ q ”的制约。将（2）（3）代入（1）：得2例3、金属球A带电 q1 ， 外有一同心金属球壳 B 带电 q2 已知： A球B球求：1. 球壳内外表面电量 2.A、B电势 解：(1)（2）金属内画 线分布(1）B 接地，VA、VB 如何？(