一海大理学院表号裸件 大学物理学电子教案 静电场中的导体 9-1静电场中的导体 9-2电容电容器
大学物理学电子教案 海大理学院教学课件 静电场中的导体 9-1 静电场中的导体 9-2 电容 电容器
《静电场》 复习 两条实验定律 ●库仑定律 ●叠加原理 两个出发点 。电荷受力 ●电场力作功 两个物理量 ●电场强度 ●电势能 两个基本性质 ●高斯定理 ●环路定理
两条实验定律 两个出发点 两个基本性质 ●电荷受力 ●电场力作功 两个物理量 ● 电场强度 ●电势能 《静电场》复习 ●库仑定律 ●叠加原理 ● 高斯定理 ●环路定理
第九章 静电场中的导体和电介质 Condactor m clcctostanc held •在静电场中总是存在导体或电介质 •静电场与静电场中导体或电介质之间有相互作用 主要内容有： 静电场中导体 •电容器 •电介质的极化 •有介质时的高斯定理 •电场的能量
第九章 静电场中的导体和电介质 Conductor in electrostatic field •在静电场中总是存在导体或电介质 •静电场与 静电场中导体或电介质之间有相互作用 主要内容有： •静电场中导体 •电容器 •电介质的极化 •有介质时的高斯定理 •电场的能量
9-1 静电场中的导体 静电感应 静电平条件 静电感应 导体中的自由电子在电场力的作用下作 宏观定向运动，引起导体中电荷重新分 布而呈现出带电的现象，叫作静电感 金属导体有自由电子 应。 作无规则的热运动
9-1 静电场中的导体 一、静电感应 静电平衡条件 金属导体有自由电子， 作无规则的热运动。 导体中的自由电子在电场力的作用下作 宏观定向运动，引起导体中电荷重新分 布而呈现出带电的现象，叫作静电感 应。 11、静电感应 + + + + + + + + A B + + + + + + + + _ _ _ _ + + + A B +
静电平衡状态 导体的两个侧面出现了等量异号的电荷。在导体的内部建立一 个附加电场。 导体内部的场强E就是E‘和E,的叠加。 餍 开始，E'<E,导体内部场强不为零，自由电子继续运动，E, 增大。到E'=E,即导体内部的场强为零，此时导体内没有电荷 作定向运动，导体处于静电平衡状态
导体的两个侧面出现了等量异号的电荷。在导体的内部建立一 个附加电场。 导体内部的场强E 就是E‘ 和E0 的叠加。 + + + + + + - - - - - - - + + + + + + + - - - - - - + + + + + + - - - - - - 开始， E’< E0 ，导体内部场强不为零，自由电子继续运动，E’ 增大。到E’= E0 即导体内部的场强为零，此时导体内没有电荷 作定向运动，导体处于静电平衡状态。 22、静电平衡状态
静电平衡条件 E表上表面 用电场表示 等势 •导体内部任一点的电场强度为零； •导体表面处的电场强度，与导体的 E内=0 表面垂直。 静电平衡条件 用电势表示： 导体是个等势体： •导体表面是等势面。 对于导体内部的任何两点A和B UB=∫E.i=0 对于导体表面上的两点A和B Ux-["E,-di-0
用电场表示 •导体内部任一点的电场强度为零； •导体表面处的电场强度，与导体的 表面垂直。 33、静电平衡条件 E内= 0 E表⊥ 表面 E 用电势表示： •导体是个等势体； •导体表面是等势面。 对于导体内部的任何两点A和B = = 0 B A AB U E dl 对于导体表面上的两点A和B = = 0 B A AB t U E dl A B dl 33、静电平衡条件 等 势 面
二、 静电平衡时导体上电荷的分布 实心导体 E=0 在静电平衡时，导体内部的电场 强度为零，所以通过导体内部任 一高斯面的电场强度通量必为零 E.d5=0 S 结论： 在静电平衡时，导体所带的电 荷只能分布在导体的表面上， 导体内部没有净电荷
二、静电平衡时导体上电荷的分布 在静电平衡时，导体内部的电场 强度为零，所以通过导体内部任 一高斯面的电场强度通量必为零 = 0 S E dS 结论： 在静电平衡时，导体所带的电 荷只能分布在导体的表面上， 导体内部没有净电荷。 11、实心导体 内=0 S V E=0
空腔导体 6外 可内≠0 情况1、空腔内有电荷+q E内+0 空腔的内表面有感应电荷-q, 9内表=- 空腔的外表面有感应电荷+q 6外 情况2、空腔内无电荷 0内=0 空腔的内表面没有电荷， E内=0 电荷只能分布在空腔的外 S内 表面
情况2、空腔内无电荷 情况1、空腔内有电荷+q 2 2、空腔导体 外 q内表 E内 内 q 0 0 =-q S 空腔的内表面有感应电荷-q， 空腔的外表面有感应电荷+q 空腔的内表面没有电荷， 电荷只能分布在空腔的外 表面。 外 E内 内 S内 S = 0 = 0
导体表面附近的电场 f月E.S=EAS=Aq=AS E= Eo 导体 导体表面之外邻近表面处的场强，与该处电 荷面密度成正比，方向与导体表面垂直。 导体表面 孤立导体 孤立导体处于静电平衡时，表面各处的 面电荷密度与表面的曲率有关，曲率越 大的地方，面电荷密度越大。 尖端放电： 带电体尖端附近的场强较 大，大到一定的程度，可 以使空气电离，产生尖端 放电现象
P ds 导体表面 = = = 0 0 q S E dS E S 0 E = 导体表面之外邻近表面处的场强，与该处电 荷面密度成正比，方向与导体表面垂直。 3 3、导体表面附近的电场 孤立导体处于静电平衡时，表面各处的 面电荷密度与表面的曲率有关，曲率越 大的地方，面电荷密度越大。 4 4、孤立导体 尖端放电： 带电体尖端附近的场强较 大，大到一定的程度，可 以使空气电离，产生尖端 放电现象
应用： •高压设备的电极 金属 •高压输电线 尖端 •避雷针 荧光质 不利的一面：浪费电能 导电膜 避免方法：金属元件尽量做成球形， 并使导体表面尽可能的光滑 金属尖端的强电场的应用一例 接地 原理： 样品制成针尖形状，针尖与荧光 膜之间加高压，样品附近极强的 接真空泵或 电场使吸附在表面的原子电离， 充氦气设备 氦离子沿电力线运动，撞击荧光 +高压 膜引起发光，从而获得样品表面 的图象。 场离子显微镜(FIM)
荧光质 导电膜 + 高压 He 场离子显微镜(FIM) 金属尖端的强电场的应用一例 接真空泵或 充氦气设备 金属 尖端 接地 原理： 样品制成针尖形状，针尖与荧光 膜之间加高压，样品附近极强的 电场使吸附在表面的原 子 电离， 氦离子沿电力线运动， 撞击荧光 膜引起发光，从而获得样品表面 的图象。 应用： •高压设备的电极 •高压输电线 •避雷针 不利的一面：浪费电能 避免方法：金属元件尽量做成球形， 并使导体表面尽可能的光滑