大学物理第一次课(导体中的电磁场).ppt

1,欢迎大家回校学习！新的学期，希望大家以新面貌学有所成。,授课教师：吴涛电话：65101982,2,下册学习内容,电磁学（下）振动和波动光学量子力学,上册学习内容？,3,提问：电磁学（上）的内容？特点？最简洁的表述？,电磁学（下）的内容：电场、磁场和介质之间的相互作用及其规律电磁感应电磁波与麦克斯韦方程组特点：非真空、非稳恒重点：高斯定理和环路定理,4,第十三章 介质中的电场和磁场 13-1 静电场中的导体 一、静电平衡；二、电容及电容器,5,教学基本要求,一 掌握静电平衡的条件，掌握导体处于静电平衡时的电荷、电势、电场分布.,二 了解电介质的极化机理，掌握电位移矢量和电场强度的关系.理解电介质中的高斯定理，并会用它来计算电介质中对称电场的电场强度.,四 理解电场能量密度的概念，掌握电场能量的计算.,三 掌握电容器的电容，能计算常见电容器的电容.,6,研究静电场与导体和电介质的相互作用,静电场中的导体上的电荷不再发生定向移动，称导体达到了静电平衡。,静电感应 静电平衡条件,在外电场作用下，引起导体中电荷重新分布而呈现出的带电现象，叫作静电感应现象。,13-1 静电场中的导体,7,金属导体：存在大量可自由移动的自由电子，自由电子对电场变化响应很快（1019s）。,1.静电感应,8,9,静电平衡：导体放入电场 自由电子定向运动 改变导体电荷分布 改变电场,称电场和导体之间达到静电平衡,导体内部和表面均无自由电荷的定向移动。,10,金属球放入均匀电场前,E,11,金属球放入后电场线发生弯曲 电场变为一非均匀场,12,所以，导体的静电平衡条件为：,导体内部任意点的场强为零。,导体表面附近的场强方向处处与表面垂直。,证明：,等势体,导体内,导体表面,一个推论：静电平衡的导体是等势体，导体表面是等势面。,13,净电荷分布在导体表面，导体内处处无净电荷。,二、静电平衡时导体上的电荷分布,导体内任取高斯面,1.实心导体,证明：,14,2、空腔导体,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,（1）腔内无带电体时：,净电荷分布在导体外表面。导体内表面处处无净电荷。,在体内取一高斯面S，由高斯定理：,可知：内表面电荷代数和为零。,证明：已经证明导体实体部分处处无净电荷。现只需证明导体空腔的内表面上处处无净电荷。,若内表面上有正负两种电荷，,则：必有电场线由正电荷指向 负电荷，出现电荷的定向移动，与导体的静电平衡条件相矛盾。,15,结论：腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异号，腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定.,（2）腔内有带电体：,提示：由高斯定理和导体的静电平衡条件及电荷守恒定律可以证明以上结论。,16,三、导体表面附近场强,证明:表面附近作圆柱形高斯面，=一半在内，一半在外。,其中：是导体表面的电荷面密度,17,导体表面电荷分布规律,18,带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象,尖端放电现象,19,即：,导体表面的的电荷面密度与导体表面的曲率半径有关：曲率半径大处电荷密度低；即：表面上愈尖锐处电荷密度越大。,四、导体表面的电荷分布,证明：,尖端放电现象,20,空气中的直流高压放电图片：,21,云层和大地间的闪电,闪电的图片：,22,雷击大桥,遭雷击后的草地,23,五、静电屏蔽,导体壳（不论接地与否）内部的物体不受外电场的影响；,24,接地导体壳（或金属丝网）将内外的电场影响完全隔绝。,空腔内部不受空腔外部电荷影响,外电场不影响内部电场,腔内带电体不影响外部电场,25,26,重点内容导体存在时静电场的分析和计算,27,思考：无限大带电平面附近的场强？,28,例：一个带电量为q的点电荷，位于一原来不带电的金属球外，与球心的距离为d.如图所示，则在金属球内与球心相距为l的P点处，由感应电荷产生的场强为：0,（s 为P 点附近球面上感应电荷面密度）,29,例,放入导体板B,已知：导体板A：S，Q0;,求：A、B上的电荷分布及空间的电场分布;,A板:,B板:,解：,由静电平衡条件可知：,由电荷守恒定律可知：,将B板接地，求电荷分布,30,解方程得:,场强分布：,两板之间：,A板左侧：,B板右侧：,导体表面附近处的场强为：,场强分布也可以由迭加法求得。,31,a 点：,b 点：,A 板,接地时：,电荷分布,将B板接地，求电荷分布,32,场强分布,电荷分布,（1）两板之间,（2）两板之外,33,练习：面电荷密度为 0 的无限大绝缘板旁，有一无限大的原不带电的导体平板。求静电平衡后导体板两表面的面电荷密度？,解.设导体板两表面电荷密度为 1 和 2,结果：1=0/2 2=0/2,34,本次课程内容回顾,13-1 静电场中的导体 一、静电平衡；二、电容及电容器,