大学物理静电场(六)ppt课件.ppt

1,8.7 静电场中的导体,前面讨论了真空中静电场的规律。在实际问题中,常需要一定形状的电场分布。把导体或介质引入电场, 场和物质发生相互作用, 导体的引入对电场的分布起到调整和控制作用。,下面先来看电场和导体的相互作用规律： 导体指金属导体，含有大量可自由移动的电子。正常情况下不显电性。,导体引入电场后，发生相互作用。,当导体与电场的相互作用过程结束后，空间出现稳定的、唯一的电荷分布,我们讨论该电场的性质（ ）,2,一. 导体静电平衡条件（导体和电场相互作用结束的标志）,首先分析导体的静电平衡过程：,e在 作用下向左运动,导体二侧出现感应电荷s /出现 但e继续向左运动,当 时导体内 e受力平衡，运动停止，达到静电平衡,3,静电平衡条件,导体内部：电场强度处处为零,导体表面：,以上条件是分析静电场中导体性质的前提,若 ,则e在 作用下定向运动,即没有达到静电平衡。,若 和表面不垂直，则e在 作用下沿表面运动，即没有达到静电平衡。,推论：导体是等势体，其表面是等势面,4,二. 静电平衡下导体上电荷的分布,1. 分布在哪里？,（1）实心导体带电Q,所以：导体内无静电荷，Q 只分布在外表面上,证：体内任取闭合面S 则,5,（2）有空腔的导体带电Q,腔内无电荷：,Q 只分布在外表面上，内表面不带电（同实心导体）,反证：设导体若内表面有电荷，则腔内,与平衡条件违背,6,腔内有电荷q ：,又：腔内有q，所以：内表面带电必为 -q,证：在导体内一取闭合面S S上,又从电荷守恒定律：外表面带电必为 Q+q,7,2. 电荷在表面上具体的分布,对孤立导体而言：表面曲率越大，面电荷密度s 越大 表面曲率越小，面电荷密度s 越小,如孤立导体球：曲率处处相同，s 均匀分布。,3. 导体表面 等于多少？（指表面外附近一点）,设：P点是导体表面外附近一点，如图作一扁圆柱形高斯面,8,P 点的 不是仅由 电荷决定，而是导体表面全部电荷的合场强。,高压设备中，带电仪器表面做成光滑的球形曲面，防止尖端放电。,带电云层接近地面时，由于静电感应，使地面上物体带异号电荷。这些电荷集中分布在突出的物体上，电荷积累到一点程度， 大到足以将空气击穿，带电云层和物体间发生强大的火花放电。,9,三. 静电屏蔽,在静电平衡状态下，不论是导体本身带电，或是导体处在外电场中；不论是实心导体还是导体壳（内无电荷），导体内部均无电场。,1. 外电场对腔内无影响,并不是外电场没有进入到体内，而是进入导体内的外电场被感应电荷的电场抵消了。,空腔导体进入电场达到静电平衡后，电荷只分布在外表面上，腔内,外场的电力线只能终止在外表面上或起始于外表面，但不能穿过导体进入腔内 即：导体空腔可以屏蔽电场,若腔内有电荷，外场也不会影响它。,研究导体空腔内、外电场是否相互影响的问题。,10,2. 腔内电荷对外电场有影响,设腔内有带电体q，由于静电感应，导体壳电荷重新分布,所以： q会影响外电场的分布,孤立导体壳外表面的s 按曲率分布,11,3. 如何使空腔内、外互不影响？,设法使导体空腔外表面不带电,具体做法：外壳接地 即：外壳和地等电势,壳外电荷分布到包括地球在内的等势体的外表面上，可认为外壳表面不带电。,书上P331 腔内负电荷图,前面讨论的问题是：已知电荷在空间的分布，求：,本节讨论的问题是：当导体进入电场（或给导体带电）达到静电平衡后，确定电荷在空间的分布，再求：,12,例：同心的导体球 R1 q 和导体球壳 R2 R3 Q,解：要求电场中的u，首先明确电荷分布,给导体带电，达到静电平衡后，空间出现一稳定的、唯一的电荷分布：三个同心的带电球面,13,2. 导线连接球和壳，电荷如何分布？,电荷全部分布在球壳外表面，导体是个等势体,14,15,例：二平行等大导体板带电 Q1 Q2 （S d2），利用静电平衡条件： 求：导体板上电荷分布,解：根据静电平衡条件，导体内,P1点：,P2点：,根据电荷守恒：,可用高斯定理验证,从以上四式可求出：,16,讨论：,17,（1）相背等量同号，相对等量异号,（2）接地板（不论接地位置）外表面s =0,（3） B接地后， B板带电多少与Q2无关,18,P11 二、3.三块平行金属板A、B和C，面积都是200cm2，AB相距4mm ,AC相距2mm 。B、C两板都接地如图。若使A板带正电3.010-7 C，略去边缘效应时，B板和C板上感应电荷是多少？地电势为零，A板电势又是多少？,设向右为正,19,1.受电场力：,2.力矩：,3.具有势能：,定义：电矩（电偶极矩）,20,