1、物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)導(dǎo)體和電介質(zhì)第第 九九 章章物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)2本章目錄本章目錄9-1 9-1 靜電場中的導(dǎo)體靜電場中的導(dǎo)體9-3 9-3 靜電場中的電介質(zhì)靜電場中的電介質(zhì)9-4 9-4 電介質(zhì)中的高斯定理電介質(zhì)中的高斯定理9-2 9-2 電容和電容器電容和電容器9-5 9-5 帶電電容器的能量帶電電容器的能量 電場的能量電場的能量物理學(xué)物理學(xué)第五版第

2、五版* *9-6 9-6 靜電的應(yīng)用靜電的應(yīng)用物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)3+感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷一、導(dǎo)體的靜電平衡條件一、導(dǎo)體的靜電平衡條件1 靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)+導(dǎo)體：導(dǎo)體：主要指金屬導(dǎo)體，存在大量的可自主要指金屬導(dǎo)體，存在大量的可自由移動的電子。由移動的電子。9-1 9-1 靜電場中的導(dǎo)體靜電場中的導(dǎo)體物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)4+E0E0E2 靜電平衡靜電平衡0E00EEE物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都

3、理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)5靜電平衡條件：靜電平衡條件：（1）導(dǎo)體內(nèi)部任何一點處的電場強(qiáng)度為零；導(dǎo)體內(nèi)部任何一點處的電場強(qiáng)度為零；（2）導(dǎo)體表面處電場強(qiáng)度的方向，都與導(dǎo)導(dǎo)體表面處電場強(qiáng)度的方向，都與導(dǎo)體表面垂直體表面垂直.E+ +neeEtEnE物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)6導(dǎo)體內(nèi)各點電勢相等導(dǎo)體內(nèi)各點電勢相等0d ABABlEU0E推論：推論：導(dǎo)體為等勢體導(dǎo)體為等勢體+ +AB物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大

4、學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)7+ +ABneeEld導(dǎo)體表面為等勢面導(dǎo)體表面為等勢面推論：推論：導(dǎo)體為等勢體導(dǎo)體為等勢體lEd0d ABABlEU0d ABABlEU0E導(dǎo)體內(nèi)各點電勢相等導(dǎo)體內(nèi)各點電勢相等物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)8二二 靜電平衡時導(dǎo)體上電荷的分布靜電平衡時導(dǎo)體上電荷的分布+結(jié)論：結(jié)論：導(dǎo)體內(nèi)部無凈電荷，導(dǎo)體內(nèi)部無凈電荷，電荷只分布在電荷只分布在導(dǎo)體導(dǎo)體表面表面.00dqSES0E1實心導(dǎo)體實心導(dǎo)體0qS高斯高斯面面物理學(xué)物理學(xué)第五版第

5、五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)900diSqSE2空腔導(dǎo)體空腔導(dǎo)體 空腔內(nèi)無電荷時空腔內(nèi)無電荷時電荷分布在表面電荷分布在表面內(nèi)表面？內(nèi)表面？外表面？外表面？S高斯高斯面面物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)100d lEUABAB若內(nèi)表面帶電，必等量異號若內(nèi)表面帶電，必等量異號 結(jié)論：結(jié)論：空腔內(nèi)無電荷時，空腔內(nèi)無電荷時，電荷分布在外表面電荷分布在外表面, 內(nèi)表面無電荷內(nèi)表面無電荷.0d0qSEiS與導(dǎo)體是等勢體矛盾與導(dǎo)體是等勢體矛盾

6、ABS高斯高斯面面+物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)11 空腔內(nèi)有電荷時空腔內(nèi)有電荷時結(jié)論結(jié)論: 空腔內(nèi)有電荷空腔內(nèi)有電荷+q時，空腔內(nèi)表面有感時，空腔內(nèi)表面有感 應(yīng)電荷應(yīng)電荷-q，外表面有感應(yīng)電荷，外表面有感應(yīng)電荷+q 0dSSE 0iq+S高斯高斯面面qq-q物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)12作扁圓柱形高斯面作扁圓柱形高斯面三、三、導(dǎo)體表面附近的場強(qiáng)導(dǎo)體表面附近的場強(qiáng)SESESd0E 0/S+ 0E S S

7、物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)13四、四、 面電荷密度與導(dǎo)體表面面電荷密度與導(dǎo)體表面曲率的關(guān)系曲率的關(guān)系 E0E + E,曲率越大（曲率半徑越?。试酱螅ㄇ拾霃皆叫。?，曲率越?。ㄇ拾霃皆酱螅试叫。ㄇ拾霃皆酱螅?，物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)14 帶電導(dǎo)體尖端附帶電導(dǎo)體尖端附近的電場特別大，可近的電場特別大，可使尖端附近的空氣發(fā)使尖端附近的空氣發(fā)生電離而成為導(dǎo)體產(chǎn)生電離而成為導(dǎo)體產(chǎn)生放電現(xiàn)象生放

8、電現(xiàn)象五、尖端放電五、尖端放電 E物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)15+物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)16靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)電暈放電電暈放電可靠接地可靠接地避雷針的工作原理避雷針的工作原理+物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)17站在雷雨站在雷雨中的高地中的高地物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理

9、第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)E外電場外電場E空腔導(dǎo)體屏蔽外電場空腔導(dǎo)體屏蔽外電場 空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場, , 使空腔內(nèi)物體不受外電使空腔內(nèi)物體不受外電場影響場影響. .這時這時, ,整個空腔導(dǎo)體和腔內(nèi)的電勢也必處處相等整個空腔導(dǎo)體和腔內(nèi)的電勢也必處處相等. . 1 1屏蔽外電場屏蔽外電場六、靜電屏蔽六、靜電屏蔽物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)q q接地空腔導(dǎo)體屏蔽內(nèi)電場接地空腔導(dǎo)體屏蔽內(nèi)電場+q 2 2屏蔽內(nèi)電場屏蔽內(nèi)電場物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都

10、理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)20 例例1 有一外半徑為有一外半徑為R1，內(nèi)半徑為，內(nèi)半徑為R2 的金屬球殼，的金屬球殼，在球殼中放一半徑在球殼中放一半徑r的同心金屬球，若使球殼帶電為的同心金屬球，若使球殼帶電為+Q和小球帶和小球帶+q，試求：試求：（1）小球的電勢，球殼）小球的電勢，球殼內(nèi)外表面的電勢；內(nèi)外表面的電勢；（2）小球與球殼的電勢差）小球與球殼的電勢差（3）若球殼接地，再求電）若球殼接地，再求電勢差勢差 1R2RrQq物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介

11、質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)21 例例2 有一塊大金屬板，面積為有一塊大金屬板，面積為S，帶有總電量，帶有總電量Q，今在其近旁平行地放置第二塊大金屬平板，此板原今在其近旁平行地放置第二塊大金屬平板，此板原來不帶電。求靜電平衡時，來不帶電。求靜電平衡時，金屬板上的電荷分布及周圍金屬板上的電荷分布及周圍空間的電場分布。如果把第空間的電場分布。如果把第二塊金屬板接地，情況又如二塊金屬板接地，情況又如何？何？物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)22一一 孤立導(dǎo)體的電容孤立導(dǎo)體的電容9-2 9-2 電容和電容器電容和電容

12、器導(dǎo)體具有儲存電荷的本領(lǐng)導(dǎo)體具有儲存電荷的本領(lǐng) 電容：電容：孤立導(dǎo)體所帶電量孤立導(dǎo)體所帶電量Q與其電勢與其電勢V 的比值的比值。法拉（法拉（F= CV-1 ）pF10F10F1126VQC 物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)23例例 球形孤立導(dǎo)體的電容球形孤立導(dǎo)體的電容RVQC04RQRQV04電勢：電勢：孤立導(dǎo)體球的電容為：孤立導(dǎo)體球的電容為： 孤立導(dǎo)體的電容僅取決于導(dǎo)孤立導(dǎo)體的電容僅取決于導(dǎo)體的幾何形狀和大小，與導(dǎo)體是體的幾何形狀和大小，與導(dǎo)體是否帶電無關(guān)。否帶電無關(guān)。 F104 . 61085. 8

13、446120RCF1011. 74地球的電容：地球的電容：物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)24二二 電容器電容器按形狀：柱型、球型、平行板電容器按形狀：柱型、球型、平行板電容器按型式：固定、可變、半可變電容器按型式：固定、可變、半可變電容器按介質(zhì)：空氣、塑料、云母、陶瓷等按介質(zhì)：空氣、塑料、云母、陶瓷等 特點：非孤立導(dǎo)體，由兩極板組成特點：非孤立導(dǎo)體，由兩極板組成1 電容器：電容器：電電容容器器分分類類 一種儲存電能的元件。一種儲存電能的元件。由電介質(zhì)隔開的兩塊任意形由電介質(zhì)隔開的兩塊任意形狀導(dǎo)體組合而

14、成。兩導(dǎo)體稱狀導(dǎo)體組合而成。兩導(dǎo)體稱為電容器的極板為電容器的極板。物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)25UQVVQCBA 電容的大小僅與導(dǎo)體的電容的大小僅與導(dǎo)體的形狀形狀、相對位置相對位置、其間的其間的電電介質(zhì)介質(zhì)有關(guān)，與所帶電荷量有關(guān)，與所帶電荷量無關(guān)無關(guān). .AVBVQQlEUABd2 電容器電容電容器電容物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)26三、電容器電容的計算三、電容器電容的計算（1 1）設(shè)兩極板分別帶電設(shè)兩

15、極板分別帶電Q （3 3）求兩極板間的電勢差求兩極板間的電勢差U步驟步驟（4 4）由由C=Q/U求求CE（2 2）求兩極板間的電場強(qiáng)度求兩極板間的電場強(qiáng)度UQVVQCBA 物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)271、 平行平板電容器平行平板電容器00QES0QdUEdS0SQCUdSd+ + + + + +QQ- - - - - -物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)28ARl2 、 圓柱形電容器圓柱形電容器ABRRlU

16、QCln20ABRRRRlQrrUBAln22d00)(20BARrRrE設(shè)設(shè)兩圓兩圓柱柱面單位長度上分別帶電面單位長度上分別帶電BR+-BRl 物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)29平行板電平行板電容器電容容器電容AABRRRd dSdlRCA002ARlBR+-BRl ABRRlUQCln20物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)301R2R補(bǔ)充補(bǔ)充1球形電容器的電容球形電容器的電容r204rQE)(21RrR 21

17、20d4dRRlrrQlEU)11(4210RRQ設(shè)內(nèi)外球殼分別帶電設(shè)內(nèi)外球殼分別帶電Q解解物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)31 2R104RC孤立導(dǎo)體球電容孤立導(dǎo)體球電容)11(4210RRQU122104RRRRUQC1R2Rr物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)32R2dE設(shè)兩金屬線的電荷線設(shè)兩金屬線的電荷線密度為密度為 補(bǔ)充補(bǔ)充2 2 兩半徑為兩半徑為R的平行長的平行長直導(dǎo)線，中心間距為直導(dǎo)線，中心間距為d，

18、且，且dR, , 求單位長度的電容求單位長度的電容. .xxd )(2200 xdxEEE解解oxP物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)33RdRxEUdRdRRdlnln00RdUCln0RdRxxdxd)11(20R2dExxd oxP物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)34四、電容器的并聯(lián)和串聯(lián)四、電容器的并聯(lián)和串聯(lián)1 電容器的并聯(lián)電容器的并聯(lián)21CCC 2 電容器的串聯(lián)電容器的串聯(lián)21111CCC 1C2C1C2

19、C物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)35 例例3 3 平行板電容器由兩塊相距為平行板電容器由兩塊相距為0.50.51010-3-3m m的薄金屬板的薄金屬板A,BA,B所組成，這電容器放在金屬盒所組成，這電容器放在金屬盒kkkk內(nèi)（盒對電容器起屏蔽作用），如圖所示，內(nèi)（盒對電容器起屏蔽作用），如圖所示，設(shè)金屬盒上下兩內(nèi)壁與相距設(shè)金屬盒上下兩內(nèi)壁與相距0.250.251010-3-3m m；問：問：1 1）這電容器放入盒內(nèi)與不放入盒內(nèi)相比，）這電容器放入盒內(nèi)與不放入盒內(nèi)相比，電容改變多少？（不計邊緣效應(yīng)）？

20、電容改變多少？（不計邊緣效應(yīng)）？2 2）如果）如果盒中電容器的一個極板與金屬盒連接，這電容盒中電容器的一個極板與金屬盒連接，這電容器的電容改變了多少？器的電容改變了多少？物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)9-3 9-3 靜電場中的電介質(zhì)靜電場中的電介質(zhì)電介質(zhì)：電介質(zhì)：電阻率很大，導(dǎo)電能力很差的物質(zhì)，即絕緣體。電阻率很大，導(dǎo)電能力很差的物質(zhì)，即絕緣體。（常溫下電阻率大于（常溫下電阻率大于10107 7歐歐米）米） 分子中的正負(fù)電荷束縛的很緊，介質(zhì)內(nèi)部分子中的正負(fù)電荷束縛的很緊，介質(zhì)內(nèi)部幾乎沒有自由電荷。幾乎

21、沒有自由電荷。物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)37一一 電介質(zhì)對電容器的影響電介質(zhì)對電容器的影響1r 相對相對電容率電容率電容率電容率r0 + + + + + + + - - - - - - -r+ + + + + + + - - - - - - -r0CC00SCd物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)381 1、平行板電容器、平行板電容器2 2、圓柱形電容器、圓柱形電容器3 3、球形電容器、球形電容器0rSCd 0

22、2lnrBA lCRR120214rR RCRR物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)39二二 兩種電介質(zhì)兩種電介質(zhì)無極無極分子：（氫、甲烷、石蠟等）分子：（氫、甲烷、石蠟等）有極有極分子：（水、有機(jī)玻璃等）分子：（水、有機(jī)玻璃等）電介質(zhì)電介質(zhì)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)應(yīng)用程序1 1、無極分子的位移極化、無極分子的位移極化2 2、有極分子的轉(zhuǎn)向極化、有極分子的轉(zhuǎn)向極化物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大

23、學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)金屬導(dǎo)體和電介質(zhì)比較金屬導(dǎo)體和電介質(zhì)比較金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體特征特征電介質(zhì)（絕緣體）電介質(zhì)（絕緣體）模型模型與電場的與電場的相互作用相互作用宏觀宏觀效果效果有大量的有大量的自由電子自由電子基本無自由電子，正負(fù)電荷基本無自由電子，正負(fù)電荷只能在分子范圍內(nèi)相對運動只能在分子范圍內(nèi)相對運動“電子氣電子氣”電偶極子電偶極子靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)有極分子電介質(zhì)有極分子電介質(zhì): :無極分子電介質(zhì)無極分子電介質(zhì): :轉(zhuǎn)向極化轉(zhuǎn)向極化位移極化位移極化靜電平衡靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體表面導(dǎo)體表面感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷0, 0EE0表面E內(nèi)部：分子偶極

24、矩矢量內(nèi)部：分子偶極矩矢量和不為零和不為零表面：出現(xiàn)束縛電荷表面：出現(xiàn)束縛電荷 （極化電荷）（極化電荷）0iip物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)42三三 壓電效應(yīng)及其應(yīng)用壓電效應(yīng)及其應(yīng)用壓電效應(yīng)：壓電效應(yīng)：某些晶體在沒有外電場存在，在機(jī)某些晶體在沒有外電場存在，在機(jī)械力的作用下發(fā)生形變時也會發(fā)生極化現(xiàn)象。械力的作用下發(fā)生形變時也會發(fā)生極化現(xiàn)象。壓電效應(yīng)的應(yīng)用：壓電效應(yīng)的應(yīng)用：1、壓電晶體振蕩器、壓電晶體振蕩器2、電聲換能器、電聲換能器3、壓力傳感器、壓力傳感器4、壓電高壓發(fā)生器、壓電高壓發(fā)生器物理學(xué)物理

25、學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)43r00EEEE 0rr1EE 0rr1+ + + + + + + + + + +r- - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + d0EEE9-4 9-4 電介質(zhì)中的高斯定理電介質(zhì)中的高斯定理一一 電介質(zhì)中的電場電介質(zhì)中的電場0EEE00E 0E 0rr1QQ物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)440rr1QQr00dQSES0r0dQSES+ + + +

26、 + + + + + + +r- - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + S電容率電容率r0 0dQSES二、電介質(zhì)中的高斯定理二、電介質(zhì)中的高斯定理QQSES0d物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)45有介質(zhì)時的高斯定理有介質(zhì)時的高斯定理niiSQSD10d電位移通量電位移通量 SSDdEEDr0電位移矢量電位移矢量0dQSES物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)三、高斯定理應(yīng)用

27、舉例三、高斯定理應(yīng)用舉例 例例4 設(shè)一半徑為設(shè)一半徑為R的金屬球帶電為的金屬球帶電為Q，浸在均勻無限的介質(zhì)中（電容率為浸在均勻無限的介質(zhì)中（電容率為），），求：球外任一點的場強(qiáng)。求：球外任一點的場強(qiáng)。物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)47 例例5 平行板電容器的兩極板之間充以平行板電容器的兩極板之間充以兩層電介質(zhì)，如圖所示，這兩層介質(zhì)的相兩層電介質(zhì)，如圖所示，這兩層介質(zhì)的相對電容率分別為對電容率分別為 與與 ，厚度是，厚度是d1與與d2，且，且d1+d2=d，設(shè)極板上的面電荷密度為，設(shè)極板上的面電荷密度為

28、 ，試求：（試求：（1）每層介質(zhì)中的電場強(qiáng)度。）每層介質(zhì)中的電場強(qiáng)度。（2）若極板的面積）若極板的面積為為S，求這電容器的，求這電容器的電容。電容。1r2r01+ + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -d1d22d物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)48 補(bǔ)充例題：補(bǔ)充例題： 一半徑為一半徑為a的導(dǎo)體球的導(dǎo)體球, 被圍被圍在內(nèi)半徑為在內(nèi)半徑為b、外半徑為、外半徑為c，相對介電系數(shù)為，相對介電系數(shù)為r 的介質(zhì)同心球殼內(nèi)，若導(dǎo)體球帶電量為的介質(zhì)同心球殼內(nèi)，若導(dǎo)體球帶電量

29、為Q, 求求D(r), E (r)和導(dǎo)體表面電勢和導(dǎo)體表面電勢.abcQr物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)49解解sqSDdqrD24rarQarD2400abcQr物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)50EDr0abcQrrcrQcrbrQbrarQarEr20202044400物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)51aardE

30、ucQcbQbaQr0004114114abcQrdrrQdrrQdrrQccbrba202020444物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)52CQ22 一、帶電電容器的能量一、帶電電容器的能量qCqqUWddd 22e21212CUQUCQW QqqCW0d1UQC + + + + + + + + +- - - - - - - - -EUqd+9-5 9-5 帶電電容器的能量帶電電容器的能量 電場的能量電場的能量物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體

31、和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)53二二 電場的能量電場的能量2e21CUW 電場空間所存儲的能量電場空間所存儲的能量 VVVEVwWd21d2ee電場能量密度電場能量密度EDEw21212e 2)(21EddSSdE221物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)54例例6 設(shè)原子核可以看做是均勻體密度分設(shè)原子核可以看做是均勻體密度分布的帶電球體，試計算它的靜電能（亦稱庫布的帶電球體，試計算它的靜電能（亦稱庫倫能），已知原子核的半徑為倫能），已知原子核的半徑為R R，總電量為，總電量為Q Q。物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)55例例7 如圖所示的圓如圖所示的圓柱形電容器，若帶電量柱形電容器，若帶電量為為Q Q，求兩極板間的電，求兩極板間的電場能量。場能量。l+_+- -rR物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版成都理工大學(xué)成都理工大學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理第九章第九章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)56 課堂練習(xí)課堂練習(xí) 一球型導(dǎo)體，帶電量為一球型導(dǎo)體，帶電量為q，置，置于一任意形狀的空腔導(dǎo)體內(nèi)，當(dāng)用導(dǎo)線將兩于一任意形狀的空腔導(dǎo)體內(nèi)，當(dāng)用導(dǎo)線將兩