第9章 静电场中的导体和电介质

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1、物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质静电场中的静电场中的导体和电介质导体和电介质第第 九九 章章物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质2本章目录本章目录9-1 9-1 静电场中的导体静电场中的导体9-3 9-3 静电场中的电介质静电场中的电介质9-4 9-4 电介质中的高斯定理电介质中的高斯定理9-2 9-2 电容和电容器电容和电容器9-5 9-5 带电电容器的能量带电电容器的能量 电场的能量电场的能量物理学物理学第五版第

2、五版* *9-6 9-6 静电的应用静电的应用物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质3+感应电荷感应电荷一、导体的静电平衡条件一、导体的静电平衡条件1 静电感应静电感应+导体：导体：主要指金属导体，存在大量的可自主要指金属导体，存在大量的可自由移动的电子。由移动的电子。9-1 9-1 静电场中的导体静电场中的导体物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质4+E0E0E2 静电平衡静电平衡0E00EEE物理学物理学第五版第五版成都

3、理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质5静电平衡条件：静电平衡条件：（1）导体内部任何一点处的电场强度为零；导体内部任何一点处的电场强度为零；（2）导体表面处电场强度的方向，都与导导体表面处电场强度的方向，都与导体表面垂直体表面垂直.E+ +neeEtEnE物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质6导体内各点电势相等导体内各点电势相等0d ABABlEU0E推论：推论：导体为等势体导体为等势体+ +AB物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大

4、学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质7+ +ABneeEld导体表面为等势面导体表面为等势面推论：推论：导体为等势体导体为等势体lEd0d ABABlEU0d ABABlEU0E导体内各点电势相等导体内各点电势相等物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质8二二 静电平衡时导体上电荷的分布静电平衡时导体上电荷的分布+结论：结论：导体内部无净电荷，导体内部无净电荷，电荷只分布在电荷只分布在导体导体表面表面.00dqSES0E1实心导体实心导体0qS高斯高斯面面物理学物理学第五版第

5、五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质900diSqSE2空腔导体空腔导体 空腔内无电荷时空腔内无电荷时电荷分布在表面电荷分布在表面内表面？内表面？外表面？外表面？S高斯高斯面面物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质100d lEUABAB若内表面带电，必等量异号若内表面带电，必等量异号 结论：结论：空腔内无电荷时，空腔内无电荷时，电荷分布在外表面电荷分布在外表面, 内表面无电荷内表面无电荷.0d0qSEiS与导体是等势体矛盾与导体是等势体矛盾

6、ABS高斯高斯面面+物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质11 空腔内有电荷时空腔内有电荷时结论结论: 空腔内有电荷空腔内有电荷+q时，空腔内表面有感时，空腔内表面有感 应电荷应电荷-q，外表面有感应电荷，外表面有感应电荷+q 0dSSE 0iq+S高斯高斯面面qq-q物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质12作扁圆柱形高斯面作扁圆柱形高斯面三、三、导体表面附近的场强导体表面附近的场强SESESd0E 0/S+ 0E S S

7、物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质13四、四、 面电荷密度与导体表面面电荷密度与导体表面曲率的关系曲率的关系 E0E + E,曲率越大（曲率半径越小），曲率越大（曲率半径越小），曲率越小（曲率半径越大），曲率越小（曲率半径越大），物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质14 带电导体尖端附带电导体尖端附近的电场特别大，可近的电场特别大，可使尖端附近的空气发使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生电离而成为导体产生放电现象生放

8、电现象五、尖端放电五、尖端放电 E物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质15+物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质16静电感应静电感应电晕放电电晕放电可靠接地可靠接地避雷针的工作原理避雷针的工作原理+物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质17站在雷雨站在雷雨中的高地中的高地物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理

9、第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质E外电场外电场E空腔导体屏蔽外电场空腔导体屏蔽外电场 空腔导体可以屏蔽外电场空腔导体可以屏蔽外电场, , 使空腔内物体不受外电使空腔内物体不受外电场影响场影响. .这时这时, ,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等. . 1 1屏蔽外电场屏蔽外电场六、静电屏蔽六、静电屏蔽物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质q q接地空腔导体屏蔽内电场接地空腔导体屏蔽内电场+q 2 2屏蔽内电场屏蔽内电场物理学物理学第五版第五版成都

10、理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质20 例例1 有一外半径为有一外半径为R1，内半径为，内半径为R2 的金属球壳，的金属球壳，在球壳中放一半径在球壳中放一半径r的同心金属球，若使球壳带电为的同心金属球，若使球壳带电为+Q和小球带和小球带+q，试求：试求：（1）小球的电势，球壳）小球的电势，球壳内外表面的电势；内外表面的电势；（2）小球与球壳的电势差）小球与球壳的电势差（3）若球壳接地，再求电）若球壳接地，再求电势差势差 1R2RrQq物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介

11、质静电场中的导体和电介质21 例例2 有一块大金属板，面积为有一块大金属板，面积为S，带有总电量，带有总电量Q，今在其近旁平行地放置第二块大金属平板，此板原今在其近旁平行地放置第二块大金属平板，此板原来不带电。求静电平衡时，来不带电。求静电平衡时，金属板上的电荷分布及周围金属板上的电荷分布及周围空间的电场分布。如果把第空间的电场分布。如果把第二块金属板接地，情况又如二块金属板接地，情况又如何？何？物理学物理学第五版第五版成都理工大学成都理工大学 大学物理大学物理第九章第九章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质22一一 孤立导体的电容孤立导体的电容9-2 9-2 电容和电容器电容和电容