物理導(dǎo)體和電介質(zhì)中的靜電場PPT課件

1、12 2、導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程靜電感應(yīng)： 在靜電場中，導(dǎo)體中自由電子在電場力的作用下作宏觀定向運(yùn)動，使電荷產(chǎn)生重新分布的現(xiàn)象。EEEEiiiEeEqFE0iEE2. 2. 導(dǎo)體的靜電平衡狀態(tài)及條件導(dǎo)體的靜電平衡狀態(tài)及條件E第1頁/共26頁2導(dǎo)體靜電平衡條件：1）導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度都等于零）導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度都等于零導(dǎo)體的內(nèi)部和表面都沒有電荷作任何宏觀定向運(yùn)動導(dǎo)體的內(nèi)部和表面都沒有電荷作任何宏觀定向運(yùn)動的狀態(tài)的狀態(tài). .導(dǎo)體的靜電平衡狀態(tài)：2)導(dǎo)體表面任一點(diǎn) 場強(qiáng)方向垂直于表面第2頁/共26頁3* * 推論 ( (靜電平衡狀態(tài)) )證： 在導(dǎo)體內(nèi)任取兩點(diǎn) p p , , q qldEVVi

2、qpqpqpVV 0iEpq0導(dǎo)體靜電平衡條件： 導(dǎo)體為等勢體，導(dǎo)體表面為等勢面第3頁/共26頁4靜電平衡條件： 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零場強(qiáng) 電勢導(dǎo)體為一等勢體表面場強(qiáng)垂直于導(dǎo)體表面導(dǎo)體表面是一個等勢面 導(dǎo)體的靜電平衡導(dǎo)體的靜電平衡 000表面表面內(nèi)EEEEEE第4頁/共26頁5二. .靜電平衡時導(dǎo)體上的電荷分布1) 實(shí)心導(dǎo)體sVqSEVsd11d00內(nèi)內(nèi)0內(nèi)E靜電平衡條件0凈電荷只分布于外表面00+ + + + + + + + + + +第5頁/共26頁62) 空腔導(dǎo)體，腔內(nèi)無電荷內(nèi)表面內(nèi)內(nèi)內(nèi)0d11d00SqSEssS同上，導(dǎo)體殼層內(nèi)0緊貼內(nèi)表面作高斯面S若. 0 , 0內(nèi)內(nèi)qs則必然有 存

3、在電力線由 ，沿電力線方向電勢降低，導(dǎo)體內(nèi)表面有電勢差，與靜電平衡條件( (導(dǎo)體表面為等勢面) )矛盾。所以 凈電荷只能分布于外表面。.0內(nèi)0, 0第6頁/共26頁73) 空腔導(dǎo)體，腔內(nèi)有電荷空腔外表面電荷由電荷守恒決定。Sq緊貼內(nèi)表面作高斯面S01d0內(nèi)內(nèi)qSEs空腔內(nèi)表面電荷與腔內(nèi)電荷等值異號。0內(nèi)q第7頁/共26頁81) 空腔原不帶電，腔內(nèi)電荷 ，腔內(nèi)、外表面電量？q2) 空腔原帶電 . .腔內(nèi)電荷 ，腔內(nèi)、外表面電量？qQ qq q -qqqq 外外內(nèi)內(nèi)qQqqq 外外內(nèi)內(nèi) q q -qQ -第8頁/共26頁9AABCB3) 空腔能屏蔽腔內(nèi)電荷 的電場嗎？如何實(shí)現(xiàn)？q腔不接地：腔內(nèi)不受

4、腔外電荷影響 腔外要受腔內(nèi)電荷影響腔接地：內(nèi)外電場互不影響。第9頁/共26頁10靜電屏蔽 在靜電平衡狀態(tài)下，空腔導(dǎo)體外面的帶電體不會影響空腔內(nèi)部的電場分布；一個接地的空腔導(dǎo)體，空腔內(nèi)的帶電體對腔外的物體不會產(chǎn)生影響。這種使導(dǎo)體空腔內(nèi)的電場不受外界影響或利用接地的空腔導(dǎo)體將腔內(nèi)帶電體對外界影響隔絕的現(xiàn)象，稱為靜電屏蔽。應(yīng)用：1、對某些精密儀器，外加金屬罩，避免外電場的干擾。2、對高壓設(shè)備等外裝接地網(wǎng)罩，避免電場對外界的影響。第10頁/共26頁11當(dāng)靜電平衡時，導(dǎo)體 ，凈電荷只能分布于表面. .?表04）. 靜電平衡時導(dǎo)體表面電荷面密度與表面緊鄰處場強(qiáng)成正比. .EPSS0ES過表面緊鄰處 作平行

5、于表面的面元 ,以 為底，過 法向?yàn)檩S，作如圖高斯面 。PPSSSSSESESESESEsSSS01 dddd側(cè)0 內(nèi)內(nèi)E0cos 第11頁/共26頁12nEE00 EPSS0ES思考：1設(shè)帶電導(dǎo)體表面某點(diǎn)電荷密度為 ，外側(cè)附近場強(qiáng) ，現(xiàn)將另一帶電體移近，該點(diǎn)場強(qiáng)是否變化？公式 是否仍成立？0E0E導(dǎo)體表面 變化，外側(cè)附近場強(qiáng) 變化，而 仍然成立。 0EE第12頁/共26頁132無限大帶電平面： 帶電導(dǎo)體表面附近：0E02E是否矛盾？1212 式式中中如如果果計(jì)計(jì)及及帶帶電電面面的的厚厚度度S幾何面幾何面EE2 1 sSSESE02d 第13頁/共26頁14尖端放電現(xiàn)象及其應(yīng)用3. 孤立導(dǎo)體

6、與表面曲率有關(guān) . .1 1）導(dǎo)體表面凸出而尖銳的地方）導(dǎo)體表面凸出而尖銳的地方（曲率較大曲率較大） 電荷面密度較大電荷面密度較大2 2）導(dǎo)體表面平坦的地方（）導(dǎo)體表面平坦的地方（曲率較小曲率較小） 電荷面密度較小電荷面密度較小3 3）導(dǎo)體表面凹進(jìn)去的地方（）導(dǎo)體表面凹進(jìn)去的地方（曲率為負(fù)）曲率為負(fù)） 電荷面密度更小電荷面密度更小防止：輸電線等利用：火花放電設(shè)備，避雷針等第14頁/共26頁15四四. . 計(jì)算舉例計(jì)算舉例0 內(nèi)內(nèi)E常量Viiq常量原則1.靜電平衡的條件2.基本性質(zhì)方程3.電荷守恒定律iiSqsdE01LlE0d有導(dǎo)體存在時靜電場的計(jì)算導(dǎo)體上的電荷分布計(jì)算 分布（ 方法同前 ）U

7、E ,靜電平衡條件 電荷守恒定律第15頁/共26頁16例1. 金屬板面積為S，帶電量為 q , 近旁平行放置第二塊 不帶電大金屬板。求：1、求電荷分布和電場分布；2、把第二塊金屬板接地，情況如何？解：1、電量守恒定律qSS21根據(jù)高斯定理有：0)(0320sqsdEiiP點(diǎn)的場強(qiáng)是四個帶電面產(chǎn)生0222204030201pEp2143X, 04321EEEEEp04321EEEEEp043SSSq210430321E2E3E4E第16頁/共26頁17312400002222AE 方向朝左方向朝右方向朝右ABCsqsqsqsq2,2,2,243211234X02CqEs02BqEs02AqEs

8、2222qqqq第17頁/共26頁182、右板接地高斯定理:P點(diǎn)的合場強(qiáng)為零:123400qqss 000CBAEsqEE04sq210320321ABC1234p00qq第18頁/共26頁19例3 若A帶電q1, B帶電q2，求：(1) 圖中1，2，3，4 各區(qū)域的E和U分布，并畫出E r 和U r 曲線.(2) 若將球與球殼用導(dǎo)線連接，情況如何？(3) 若將外球殼接地，情況如何？ BA1R2R3R12 qq2143AB第19頁/共26頁2024021432201214040rqqEErqEE421043212121023210332121110141 ;)(4141;)(41rqqURqq

9、RqrqURqqURqqRqRqU2111qqqqqqqBBA外內(nèi)(1)BA1R2R3R432111 qq 21qq 第20頁/共26頁21BA1R2R3R432111 qq 21qq rUrE , 曲線rRRRo 321 UE第21頁/共26頁22(2)若將球與球殼用導(dǎo)線連接，情況如何？24021432140rqqEEEE21;0qqqqqBBA外內(nèi)BA1R2R3R4321 21qq 421043021321414rqqURqqUUU第22頁/共26頁23BA1R2R3R4321 21qq rUrE , 曲線rRRRo 321 UE第23頁/共26頁24BA1R2R3R432111 - qq011外內(nèi)BBAqqqqq(3)若將