1、1,導(dǎo)體與電介質(zhì),2,導(dǎo)體靜電感應(yīng),一、導(dǎo)體的靜電平衡,導(dǎo)體內(nèi)有大量自由電子。,3,導(dǎo)體靜電平衡,導(dǎo)體內(nèi)有大量自由電子。,一、導(dǎo)體的靜電平衡,4,靜電平衡條件,導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡的條件是,5,等勢(shì)體,導(dǎo)體內(nèi),導(dǎo)體表面,6,金屬球放入前電場(chǎng)為一均勻場(chǎng),7,金屬球放入后電力線發(fā)生彎曲 電場(chǎng)為一非均勻場(chǎng),8,導(dǎo)體內(nèi)沒(méi)有凈電荷，電荷只分布在導(dǎo)體表面上。,二、靜電平衡下導(dǎo)體上的電荷分布,1、實(shí)心導(dǎo)體,9,2、空心導(dǎo)體, 腔內(nèi)無(wú)電荷,空腔內(nèi)表面沒(méi)有電荷，電荷只分布在 外部表面。,在導(dǎo)體內(nèi)包圍空腔作 高斯面S。則：,=0,10,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

2、定律決定。,未引入q1時(shí),放入q1后,3、空心導(dǎo)體, 腔內(nèi)有電荷,11,表面附近作圓柱形高斯面,二、導(dǎo)體表面外側(cè)的場(chǎng)強(qiáng) 尖端放電,1.電場(chǎng)強(qiáng)度與電荷面密度的關(guān)系,12,證明:,即,用導(dǎo)線連接兩導(dǎo)體球,則,2. 電荷面密度與曲率的關(guān)系,導(dǎo)體表面曲率較大的地方， 電荷密度也較大。,13,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?chē)嬖诘钠渌麕щ婓w有關(guān)。,靜電場(chǎng)中的孤立帶電體： 導(dǎo)體上電荷面密度的大小與該處表面的曲率有關(guān)。,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,導(dǎo)體表面上的電荷分布,14,3

3、. 尖端放電,尖端場(chǎng)強(qiáng)特別強(qiáng)，足以使周?chē)諝夥肿与婋x而使空氣被擊穿，導(dǎo)致“尖端放電”。,形成“電風(fēng)”,15,防上靜電干擾的思路：,1）“躲藏起來(lái)”,2）大家自覺(jué)防止靜 電場(chǎng)外泄,實(shí)驗(yàn)：,四、靜電的應(yīng)用,16,解釋：,+,17,實(shí)際中大量應(yīng)用：,1）測(cè)試用的屏蔽室,2）無(wú)線電電路中的屏蔽罩、屏蔽線、高壓 帶電作業(yè)中的均壓服。,3）變壓器中的屏蔽層。,18,靜電屏蔽,接地封閉導(dǎo)體殼（或金屬絲網(wǎng)）外部的場(chǎng) 不受殼內(nèi)電荷的影響。,封閉導(dǎo)體殼（不論接地與否）內(nèi)部的電場(chǎng) 不受外電場(chǎng)的影響；,19,電荷分布,五、有導(dǎo)體存在時(shí)場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)的計(jì)算,20,例1.已知：導(dǎo)體板A，面積為S、帶電量Q，在其旁邊 放入導(dǎo)體

4、板B。,求：(1)A、B上的電荷分布及空間的電場(chǎng)分布,(2)將B板接地，求電荷分布,a點(diǎn),b點(diǎn),A板,B板,21,解方程得:,電荷分布,場(chǎng)強(qiáng)分布,兩板之間,板左側(cè),板右側(cè),22,(2)將B板接地，求電荷及場(chǎng)強(qiáng)分布,板,接地時(shí),電荷分布,a點(diǎn),b點(diǎn),23,場(chǎng)強(qiáng)分布,電荷分布,兩板之間,兩板之外,24,例2.已知R1 R2 R3 q Q,求 電荷及場(chǎng)強(qiáng)分布；球心的電勢(shì),如用導(dǎo)線連接A、B，再作計(jì)算,解:,由高斯定理得,電荷分布,場(chǎng)強(qiáng)分布,25,球心的電勢(shì),26,球殼外表面帶電,用導(dǎo)線連接A、B，再作計(jì)算,27,練習(xí) 已知: 兩金屬板帶電分別為q1、q2 求：1 、2 、3 、4,28,中間絕緣的兩

5、導(dǎo)體極板構(gòu)成電容器； 電容器的基本功能是儲(chǔ)存電荷； 儲(chǔ)存電荷能力大小用電容C來(lái)量度。,一、電容器及其電容,10-2 電容 電容器,+q,-q,A,B,單位：法拉（F），,二、孤立導(dǎo)體的電容,29,三、電容的計(jì)算,計(jì)算電容器電容的一般步驟是：,（1）設(shè)兩極板帶電Q，求電場(chǎng)強(qiáng)度,（2）場(chǎng)強(qiáng)積分計(jì)算電勢(shì)差,（3）代入公式,30,1.平行板電容器,已知：S、d、0,設(shè)A、B分別帶電+q、-q,A、B間場(chǎng)強(qiáng)分布,電勢(shì)差,由定義,討論,31,2.圓柱形電容器,已知：,設(shè),場(chǎng)強(qiáng)分布,電勢(shì)差,由定義,32,3.球形電容器,已知,設(shè)+q、-q,場(chǎng)強(qiáng)分布,電勢(shì)差,由定義,討論,孤立導(dǎo)體的電容,33,1.電容器的串

6、聯(lián),C1,C2,C3,C4,三.電容器的聯(lián)接,34,2.電容器的并聯(lián),35,電介質(zhì),103、靜電場(chǎng)中的電介質(zhì),有極分子：分子正負(fù)電荷中心不重合。,無(wú)極分子：分子正負(fù)電荷中心重合；,電介質(zhì),甲烷分子,水分子,分子電偶極矩,二、電介質(zhì)的極化,37,1.無(wú)極分子的位移極化,+,-,+-,38,1）位移極化是分子的等效正負(fù)電荷作用中心 在電 場(chǎng)作用下發(fā)生位移的現(xiàn)象。,2）均勻介質(zhì)極化時(shí)在介質(zhì)表面出現(xiàn)極化電荷， 而非均勻介質(zhì)極化時(shí)，介質(zhì)的表面及內(nèi)部 均可出現(xiàn)極化電荷。,極化電荷,極化電荷,結(jié)論：,2. 有極分子的轉(zhuǎn)向極化,轉(zhuǎn)向外電場(chǎng),40,三、電介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響,41,電極化強(qiáng)度(矢量),單位體積內(nèi)分子

7、電偶極矩的矢量和,描述了電介質(zhì)極化強(qiáng)弱，反映了電介質(zhì)內(nèi)分子電偶極矩排列的有序或無(wú)序程度。,四、極化強(qiáng)度,42,五、極化強(qiáng)度與極化電荷的關(guān)系,均勻介質(zhì)極化時(shí)，其表面上某點(diǎn)的極化電荷面密度，等于該處電極化強(qiáng)度在外法線上的分量。,43,極化強(qiáng)度與極化電荷的關(guān)系,44,六、 電位移 電介質(zhì)中的高斯定理,真空中的高斯定理,電介質(zhì)中的高斯定理,45,介質(zhì)中的高斯定理,通過(guò)任意閉合曲面的電位移通量，等于該閉合曲面所包圍的自由電荷的代數(shù)和。,46,真空中,介質(zhì)中,介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù),介質(zhì)的介電常數(shù),47,電位移線,大小:,線,線,48,將真空電容器充滿某種電介質(zhì),電介質(zhì)的電容率（介電常數(shù)）,平行板電容器,同心

8、球型電容器,同軸圓柱型電容器,49,由高斯定理,50,場(chǎng)強(qiáng)分布,電勢(shì)差,電容,例2. 平行板電容器。 已知d1、r1、d2、 r2、S 求:電容C,解: 設(shè)兩板帶電,51,解: 過(guò)P點(diǎn)作高斯面得,電勢(shì),52,例4.平行板電容器 已知 :S、d插入厚為t的銅板,求： C,53,設(shè)q,場(chǎng)強(qiáng)分布,電勢(shì)差,54,例5 求：（1）兩球殼間的電場(chǎng)分布,（2）兩球殼間的電勢(shì)差,（3）兩球殼構(gòu)成的電容器 的電容值。,（1）,55,（2）,(3),56,開(kāi)關(guān)倒向a,電容器充電。,開(kāi)關(guān)倒向b,電容器放電。,燈泡發(fā)光,電容器釋放能量,電源提供,計(jì)算電容器帶有電量Q，相應(yīng)電勢(shì)差為U時(shí)所具有的能量。,一、電容器的能量,

9、10-4、靜電場(chǎng)的能量,57,外力做功,電容器的電能,58,電場(chǎng)能量體密度描述電場(chǎng)中能量分布狀況,1、對(duì)平行板電容器,二、靜電場(chǎng)的能量,能量體密度,59,對(duì)任一電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度非均勻,2、電場(chǎng)中某點(diǎn)處單位體積內(nèi)的電場(chǎng)能量,60,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,61,比較均勻帶電球面和均勻帶電球體所儲(chǔ)存的能量。,62,例4、在帶電量為 、半徑為R1的導(dǎo)體球殼外， 同心放置一個(gè)內(nèi)外半徑為R2、R3的金屬球殼。 1、求外球殼上的電荷及電勢(shì)分布； 2、把外球接地后再絕緣，求外球上的電荷分 布及球殼內(nèi)外 的電勢(shì)分布； 3、再把內(nèi)球接地，求內(nèi)球上的電荷分布及球 殼的電勢(shì)。,解1、作高斯面可知：,由電荷守恒定律：,63,1、求電勢(shì)分布： （用疊加原理）,64,65,2、外球接地后再絕緣：,電勢(shì)分布：,66,電勢(shì)分布：,67,3、再把內(nèi)球接地：,電荷重新分布：,由高斯定律：,由電守恒定律：,又因內(nèi)球接地，電勢(shì)為零,三式解得：,68,球殼的電勢(shì)：,69,球殼的電勢(shì)：,（還有一種方法：先用高 斯定理求場(chǎng)強(qiáng)再積分）,70,第十章 基本公式,靜電平衡的條件,1）導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零； 2）導(dǎo)體表面緊鄰處場(chǎng)強(qiáng)處處與表面垂