1、a,1,1.導(dǎo)體 存在大量的可自由移動(dòng)的電荷,2.絕緣體 理論上認(rèn)為一個(gè)自由移動(dòng)的電荷 也沒(méi)有 也稱 電介質(zhì),3.半導(dǎo)體 介于上述兩者之間,8-5 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體,a,2,一、導(dǎo)體的靜電平衡,a,3,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程,加上外電場(chǎng)后,E,外,a,4,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程,加上外電場(chǎng)后,E,外,+,a,5,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程,加上外電場(chǎng)后,E,外,+,+,a,6,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程,加上外電場(chǎng)后,E,外,+,+,+,+,+,a,7,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程,加上外電場(chǎng)后,E,外,+,+,+,a,8,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程,加上外電場(chǎng)后,E,外,+,+,+,+,+,a,9,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程,加上外電場(chǎng)后,E

2、,外,+,+,+,+,+,a,10,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程,加上外電場(chǎng)后,E,外,+,+,+,+,+,+,+,a,11,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程,加上外電場(chǎng)后,E,外,+,+,+,+,+,+,a,12,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程,加上外電場(chǎng)后,E,外,+,+,+,+,+,+,+,+,a,13,導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過(guò)程,+,加上外電場(chǎng)后,E,外,+,+,+,+,+,+,+,+,+,a,14,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,導(dǎo)體達(dá)到靜平衡,E,外,E,感,感應(yīng)電荷,感應(yīng)電荷,a,15,導(dǎo)體在滿足什么樣的條件時(shí)才能達(dá)到靜電平衡呢？,靜電平衡狀態(tài)：,導(dǎo)體內(nèi)部和表面都沒(méi)有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài),a,16,導(dǎo)體內(nèi)部任意點(diǎn)的場(chǎng)

3、強(qiáng)為零。,導(dǎo)體表面附近的場(chǎng)強(qiáng)方向處處與表面垂直。(如果有切向場(chǎng)強(qiáng)分量，表面電荷電荷會(huì)定向移動(dòng)),靜電平衡條件,等勢(shì)體,導(dǎo)體內(nèi),導(dǎo)體表面,導(dǎo)體是等勢(shì)體,a,17,處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的性質(zhì)：,1、導(dǎo)體是等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面。,3、導(dǎo)體內(nèi)部處處沒(méi)有未被抵消的凈電荷，凈電荷只分布在導(dǎo)體的表面上。,4、導(dǎo)體以外，靠近導(dǎo)體表面附近處的場(chǎng)強(qiáng)大小與導(dǎo)體表面在該處的面電荷密度 的關(guān)系,詳細(xì)說(shuō)明如下,2、導(dǎo)體外部附近空間的場(chǎng)強(qiáng)與導(dǎo)體表面正交。,a,18,金屬球放入前電場(chǎng)為一均勻場(chǎng),1、導(dǎo)體表面附近的場(chǎng)強(qiáng)方向處處與表面垂直。,a,19,金屬球放入后電力線發(fā)生彎曲 電場(chǎng)為一非均勻場(chǎng),導(dǎo)體表面是等勢(shì)面,電力線與

4、等勢(shì)面處處正交,導(dǎo)體表面附近的場(chǎng)強(qiáng)方向處處與表面垂直,a,20,2、導(dǎo)體內(nèi)沒(méi)有凈電荷，未被抵消的凈電荷只能分布在導(dǎo)體表面上。,a,21,導(dǎo)體表面上的電荷分布情況，不僅與導(dǎo)體表面形狀有關(guān)，還和它周圍存在的其他帶電體有關(guān)。,靜電場(chǎng)中的孤立帶電體：,曲率較大，表面尖而凸出部分，電荷面密度較大 曲率較小，表面比較平坦部分，電荷面密度較小 曲率為負(fù)，表面凹進(jìn)去的部分，電荷面密度最小,3、導(dǎo)體表面上的電荷分布,導(dǎo)體上電荷面密度的大小與該處表面的曲率有關(guān)。,a,22,證明:,即,用導(dǎo)線連接兩導(dǎo)體球,則,導(dǎo)體上電荷面密度的大小與該處表面的曲率半徑成反比，即與曲率成正比。,a,23,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：,靜電曲率分布演示

5、儀,在呈“S”型的導(dǎo)體上，把金屬片貼在不同的曲率處。,將高壓電源的正極接在導(dǎo)體上，開(kāi)啟高壓電源，由低到高，逐漸加大電源。,觀察金屬片張開(kāi)的情況，則看到曲率半徑大的地方金屬片張開(kāi)角度很小，甚至保持下垂的狀態(tài)。,a,24,靜電平衡時(shí)，孤立導(dǎo)體表面某處的電荷面密度 與該處表面曲率有關(guān)，曲率越大（曲率半徑越小）的地方電荷密度也越大。,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,A,D,C,B,比較圖中四點(diǎn)處的電荷密度的大??？,a,25,均勻帶電平面,無(wú)限大均勻帶電平面,a,26,表面附近作圓柱形（錢(qián)幣形）高斯面,4、導(dǎo)體外部近表面處場(chǎng)強(qiáng)方向與

6、該處導(dǎo)體表面垂直，大小與該處導(dǎo)體表面電荷面密度 e 成正比。,a,27,E 僅由 S 處電荷產(chǎn)生而與其它電荷無(wú)關(guān)嗎？為什么？,？, 注意：,導(dǎo)體表面外側(cè)附近的場(chǎng)強(qiáng) 是空間所有電荷共同激發(fā)的！,由 共同激發(fā) 。,例：,導(dǎo)導(dǎo)體表面外附近的場(chǎng)強(qiáng),a,28,電導(dǎo)塊勢(shì)場(chǎng),a,29,尖端放電,尖端場(chǎng)強(qiáng)特別強(qiáng)，足以使周圍空氣分子電離而使空氣被擊穿，導(dǎo)致“尖端放電” ，避雷針原理在此。,原理,尖端放電和球端放電的比較,a,30,注 意：,靠近導(dǎo)體表面附近處的場(chǎng)強(qiáng)大小與導(dǎo)體表面在該處的面電荷密度 的關(guān)系為,面電荷密度為 的均勻帶電平板 周圍的場(chǎng)強(qiáng)分布為多少 ？,a,31,二 靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布,導(dǎo)體內(nèi)部

7、無(wú)電荷，電荷只能分布 在導(dǎo)體表面。,1、 實(shí)心導(dǎo)體,結(jié)論：,a,32,2、有空腔導(dǎo)體,a、空腔內(nèi)無(wú)帶電體的情況,電荷分布在表面上,內(nèi)表面上有電荷嗎？,思考：,若內(nèi)表面帶電,（A，B處只可能等量異號(hào)） 與導(dǎo)體是等勢(shì)體矛盾,結(jié)論 電荷分布在外表面上 （內(nèi)表面無(wú)電荷）,a,33,b、空腔內(nèi)有帶電體,電荷分布在表面上,結(jié)論：,腔體內(nèi)表面所帶的電量和腔內(nèi)帶電體所帶的電量等量異號(hào)，腔體外表面所帶的電量由電荷守恒定律決定。,a,34,錢(qián)幣形,三 靜電屏蔽,1、屏蔽外電場(chǎng),空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場(chǎng), 使空腔內(nèi)物體不受外電場(chǎng)影響.這時(shí),整個(gè)空腔導(dǎo)體和腔內(nèi)的電勢(shì)也必處處相等.,a,35,接地空腔導(dǎo)體將使外部空間不受

8、空腔內(nèi)的電場(chǎng)影響.,問(wèn)：空間各部分的電場(chǎng)強(qiáng)度如何分布 ？,接地導(dǎo)體電勢(shì)為零,2、屏蔽腔內(nèi)電場(chǎng),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,外表面所帶感應(yīng)電荷全部入地,a,36,例1、有一外半徑R1，內(nèi)半徑為R2的金屬球殼。在球殼中放一半徑為R3的金屬球，球殼和球均帶有電量10-8C的正電荷。問(wèn)：（1）兩球電荷分布。（2）球心的電勢(shì)。（3）球殼電勢(shì)。,解：,（r R3 ）,（R3 r R2 ）,(1)、電荷+q分布在內(nèi)球表面。,球殼內(nèi)表面帶電-q。,球殼外表面帶電2q。,（R2 R地球,a,52,說(shuō)明 電容是反映了電容器儲(chǔ)存電荷能力的物理量，其數(shù)值由電容器的構(gòu)造決定，而與電容器帶不帶電或帶多少電無(wú)關(guān)。就像水容器一樣，它的容量大小

9、與水的深度無(wú)關(guān)。,如將地球看作孤立導(dǎo)體：,R地=6106m,可見(jiàn)，法拉是個(gè)很大的單位!,a,53,1、電容器的電容,導(dǎo)體組合,使之不受周圍導(dǎo)體的影響 電容器,電容器的電容：當(dāng)電容器的兩極板分別帶有等值異號(hào) 電荷q時(shí)，電量q與兩極板間相應(yīng)的電 勢(shì)差uA-uB的比值。,二、電容器及電容,a,54,三 電容器電容的計(jì)算,1）設(shè)兩極板分別帶電 ；,步驟,2）求 ；,3）求 ；,4）根據(jù) 求 .,a,55,1 平行板電容器,（2）兩帶電平板間的電場(chǎng)強(qiáng)度,（1）設(shè)兩導(dǎo)體板分別帶電,（3）兩帶電平板間的電勢(shì)差,（4）平板電容器電容,a,56,1一個(gè)平行板電容器，當(dāng)它帶了電荷量Q以后，兩導(dǎo)體間的電勢(shì)差是U，如

10、果它帶的電荷量增大為2Q，則電容器的電容（ ）。 A不變 B. 增大到2倍 C. 增大到4倍 D. 減小到1/2,A,a,57,例1 平行平板電容器的極板是邊長(zhǎng)為 的正方 形，兩板之間的距離 .如兩極板的電勢(shì)差 為 ，要使極板上儲(chǔ)存 的電荷,邊長(zhǎng) 應(yīng)取多大才行.,解,a,58,例、(1069) 面積為S的空氣平行板電容器，極板上分別帶電量q，若不考慮邊緣效應(yīng)，則兩極板間的相互作用力為 (A) (B) (C) (D),B,a,59,平行板電容器電容,2 圓柱形電容器,（3）,（2）,（4）電容,a,60,3 球形電容器的電容,球形電容器是由半徑分別為 和 的兩同心金屬球殼所組成,解 設(shè)內(nèi)球帶正電

11、（ ），外球帶負(fù)電（ ）,孤立導(dǎo)體球電容,*,a,61,串聯(lián):,串聯(lián)電容器組的電容的倒數(shù)等于每個(gè)電容的倒數(shù)之和。,四、 電容器的串聯(lián)和并聯(lián),a,62,并聯(lián):,串聯(lián)電容器組的電容等于每個(gè)電容器電容之和。,a,63,將真空電容器充滿某種電介質(zhì),平行板電容器,同心球型電容器,同軸圓柱型電容器,其中,a,64,8-8 電場(chǎng)的能量,電源提供能量,一、帶電系統(tǒng)的能量,水源提供能量,a,65,二 電容器的電能,充電過(guò)程：電量 0 Q,dq ： 導(dǎo)體上，外力作功：,反復(fù)搬運(yùn)電荷,a,66,三 靜電場(chǎng)的能量 能量密度,物理意義 電場(chǎng)是一種物質(zhì)，它具有能量.,電場(chǎng)存在的空間體積,a,67,例： 計(jì)算球形電容器的能量 已知RA、RB、q,解：場(chǎng)強(qiáng)分布,取體積元,能量,（求C的好方法）,a,68,課堂討論,比較均勻帶電球面和均勻帶電球體所儲(chǔ)存的能量。,（先定性分析一下，然后求解。）,a,69,例、(1341) 真空中有“孤立的”均勻帶電球體和一均勻帶電球面，如果它們的半徑和所帶的電荷都相等則它們的靜電能之間的關(guān)系是 (A) 球體的靜電能等于球面的靜電能 (B) 球體的靜電能大于球面的靜電能 (C) 球體的靜電能小于球面的靜電能 (D) 球體內(nèi)的靜電能大于球面內(nèi)的靜電能， 球體外的靜電能小于球面外的靜電能,B,a,70,7.一個(gè)平行板電容器，充電后與電源斷開(kāi)，當(dāng)用