静电场和稳恒电场.pptx

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1、导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外第1页/共72页导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+第2页/共72页导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+第3页/共72页导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+第4页/共72页导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+第5页/共72页导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+第6页/共72页导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+第7页/共72页导体的静电感应

2、过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+第8页/共72页导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+第9页/共72页导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+第10页/共72页导体的静电感应过程导体的静电感应过程+加上外电场后加上外电场后E外外+第11页/共72页+导体达到静平衡导体达到静平衡E外外E感感感应电荷感应电荷感应电荷感应电荷第12页/共72页导体内部任意点的场强为零。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。导体表面附近的场强方向处处与表面垂直。等势体等势体等势面等势面导体内导体内导体表面导体表面

3、 处于静电平衡状态的导体，导体内部电场强度处处为零，整个导体是个等势处于静电平衡状态的导体，导体内部电场强度处处为零，整个导体是个等势体。体。静电平衡静电平衡条件条件第13页/共72页处于静电平衡状态的导体的性质：处于静电平衡状态的导体的性质：1 1、导体是、导体是等势体等势体，导体表面是，导体表面是等势面等势面。2 2、导体内部处处没有未被抵消的、导体内部处处没有未被抵消的净电荷净电荷，净电荷只分布在导体的表面上。净电荷只分布在导体的表面上。3 3、导体以外，靠近导体表面附近处的场强大小与导体表面在该处的面电荷密度、导体以外，靠近导体表面附近处的场强大小与导体表面在该处的面电荷密度 的关系为

4、的关系为详细说明如下详细说明如下:第14页/共72页金属球放入前电场为一均匀场金属球放入前电场为一均匀场1 1、导体表面附近的场强方向处处与表面垂直。、导体表面附近的场强方向处处与表面垂直。第15页/共72页金属球放入后电力线发生弯曲金属球放入后电力线发生弯曲 电场为一非均匀场电场为一非均匀场+第16页/共72页2、导体内没有净电荷，未被抵消的净电荷只能、导体内没有净电荷，未被抵消的净电荷只能分布在导体表面上。分布在导体表面上。+导体表面上的电荷分布情况，不仅与导体表面形状有关，还和它周围存在导体表面上的电荷分布情况，不仅与导体表面形状有关，还和它周围存在的其他带电体有关。的其他带电体有关。对

5、于静电场中的孤立带电体而言对于静电场中的孤立带电体而言,导体上电荷面密度的大小与该处导体上电荷面密度的大小与该处表面的曲率表面的曲率有关有关:3、导体表面上的电荷分布、导体表面上的电荷分布第17页/共72页导线导线证明证明:即即用导线连接两导体球用导线连接两导体球则则第18页/共72页表面附近作圆柱形高斯面表面附近作圆柱形高斯面4、导体外部近表面处场强方向与该处导体表面垂、导体外部近表面处场强方向与该处导体表面垂直，大小与该处导体表面电荷面密度直，大小与该处导体表面电荷面密度 e 成正比。成正比。尖端放电尖端放电尖端场强特别强，足以使周围空气分子电离而使空气被击穿，导致尖端场强特别强，足以使周

6、围空气分子电离而使空气被击穿，导致“尖端放电尖端放电”，避雷针原理避雷针原理在此。在此。第19页/共72页二、导体壳和静电屏蔽二、导体壳和静电屏蔽1 1、空腔内无带电体的情况、空腔内无带电体的情况腔体内表面不带电量，腔体内表面不带电量，腔体外表面所带的电量为带电体所带总电量。腔体外表面所带的电量为带电体所带总电量。导体上电荷面密度的大小与该处导体上电荷面密度的大小与该处表面的曲率表面的曲率有关。有关。第20页/共72页 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。由电荷守恒定

7、律决定。未引入未引入 q1 时时放入放入 q1 后后2、空腔内有带电体、空腔内有带电体+第21页/共72页3、静电屏蔽静电屏蔽接地封闭导体壳（或金属丝网）外部的场接地封闭导体壳（或金属丝网）外部的场不受壳内电荷的影响。不受壳内电荷的影响。封闭导体壳（不论接地与否）内部的电场封闭导体壳（不论接地与否）内部的电场不受外电场的影响；不受外电场的影响；+第22页/共72页电荷守恒定律电荷守恒定律静电平衡条件静电平衡条件电荷分布电荷分布三、有导体存在时场强和电势的计算三、有导体存在时场强和电势的计算第23页/共72页例例1.已知：导体板已知：导体板A，面积为，面积为S、带电量、带电量Q，在其旁边，在其旁

8、边放入导体板放入导体板B。求：求：(1)A、B上的电荷分布及空间的电场分布上的电荷分布及空间的电场分布(2)将将B B板接地，求电荷分布板接地，求电荷分布a点点b点点A板板B板板第24页/共72页解方程得解方程得:电荷分布电荷分布场强分布场强分布两板之间两板之间板左侧板左侧板右侧板右侧第25页/共72页 (2)将将B板接地，求电荷及场强分布板接地，求电荷及场强分布板板接地时接地时电荷分布电荷分布a点点b点点第26页/共72页 场场强强分分布布电荷分布电荷分布两板之间两板之间两板之外两板之外第27页/共72页例例2.已知已知R1 R2 R3 q Q求求 电荷及场强分布；球心的电势电荷及场强分布；

9、球心的电势 如用导线连接如用导线连接A、B，再作计算，再作计算解解:由高斯定理得由高斯定理得电荷分布电荷分布场强场强分布分布第28页/共72页球心的电势球心的电势 场场强强分分布布第29页/共72页球壳外表面带电球壳外表面带电用导线连接用导线连接A、B，再作计算，再作计算连接连接A、B，中和中和第30页/共72页例3.一带正电荷的物体M，靠近一原不带电的金属导体N，N的左端感生出负电荷，右端感生出正电荷若将N的左端接地，如图所示，则(A)N上有负电荷入地(B)N上有正电荷入地(C)N上的电荷不动(D)N上所有电荷都入地思路:接地后N就是地球的一部分,在M电场作用下只能带负电,就是说N 上有正电

10、荷入地.(本题选自静电场中导体与电介质练习一)第31页/共72页练习练习 已知已知:两金属板带电分别为两金属板带电分别为q1、q2 求：求：1、2、3、4第32页/共72页 有极分子：分子正负电荷中心不重合。有极分子：分子正负电荷中心不重合。无极分子：分子正负电荷中心重合；无极分子：分子正负电荷中心重合；电电介介质质CH+H+H+H+正负电荷正负电荷中心重合中心重合甲烷分子甲烷分子+正电荷中心正电荷中心负电荷负电荷中心中心H+HO水分子水分子分子电偶极矩分子电偶极矩四、电介质的极化四、电介质的极化0第33页/共72页 1.无极分子的无极分子的位移极化位移极化无外电场时无外电场时+极化电荷极化电

11、荷极化电荷极化电荷加上外电场后加上外电场后第34页/共72页2.有极分子的有极分子的转向极化转向极化+无外电场时无外电场时电矩取向不同电矩取向不同两端面出现两端面出现极化电荷层极化电荷层转向转向外电场外电场加上外场加上外场第35页/共72页七、有电介质时的高斯定理七、有电介质时的高斯定理电位移矢量电位移矢量真空中真空中介质中介质中介质中的高斯定理介质中的高斯定理(自由电荷自由电荷)通过任意闭合曲面的电位移通量，等于通过任意闭合曲面的电位移通量，等于该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。第43页/共72页介质中的高斯定理介质中的高斯定理（自由电荷）（自由电荷）电

12、位移线电位移线大小大小:方向方向:切线切线线线线线第44页/共72页例例1.已知已知:导体球导体球介质介质求求:1.球外任一点的球外任一点的2.导体球的电势导体球的电势解解:过过P点作高斯面得点作高斯面得电势电势第45页/共72页例例2.已知已知:导体板导体板介质介质求求:各介质内的各介质内的解解:设两介质中的设两介质中的分别为分别为由高斯定理由高斯定理由由得得第46页/共72页8-6 电容电容 电容器电容器一、孤立导体的电容一、孤立导体的电容孤立导体：孤立导体：附近没有其他导体和带电体附近没有其他导体和带电体单位：单位：法拉（法拉（F）、微法拉（）、微法拉（F）、皮法拉（）、皮法拉（pF）孤

13、立导体的电容孤立导体的电容孤立导体球的电容孤立导体球的电容C=40R电容电容使导体升高单位电势所需的电量。使导体升高单位电势所需的电量。例如孤立导体球例如孤立导体球第47页/共72页1、电容器的电容、电容器的电容导体组合导体组合,使之不受周围导体的使之不受周围导体的影响影响电容器电容器电容器的电容：当电容器的两极板分别带有等值异号电容器的电容：当电容器的两极板分别带有等值异号 电荷电荷q时，电量时，电量q与两极板间相应的电与两极板间相应的电 势差势差uA-uB的比值。的比值。二、电容器及电容二、电容器及电容第48页/共72页将真空电容器充满某种电介质将真空电容器充满某种电介质平行板电容器平行板

14、电容器电介质的相对电介质的相对电容率电容率（相对介电常数）（相对介电常数）同心球型电容器同心球型电容器同轴圆柱型电容器同轴圆柱型电容器其中第49页/共72页2、电容器电容的计算、电容器电容的计算平行板电容器平行板电容器已知：已知：S、d、0设设A、B分别带电分别带电+q、-qA、B间场强分布间场强分布电势差电势差由定义由定义讨论讨论与与有关有关；插入介质插入介质思路：设两板带电Q求E求U由定义求由定义求C第50页/共72页球形电容器球形电容器已知已知设设+q、-q场强分布场强分布电势差电势差由定义由定义讨论讨论孤立导体的电容孤立导体的电容第51页/共72页圆柱形电容器圆柱形电容器已知：已知：设

15、设 场强分布场强分布电势差电势差由定义由定义（很大时叫同轴电缆很大时叫同轴电缆）第52页/共72页例例平行无限长直导线平行无限长直导线已知已知:a、d、d a求求:单位长度导线间的单位长度导线间的C解解:设设 场强分布场强分布导线间电势差导线间电势差单位长度电容电容第53页/共72页*三、电容器的串并联三、电容器的串并联串联等效电容串联等效电容并联等效电容并联等效电容*四、范德格拉夫起电机四、范德格拉夫起电机第54页/共72页例例3.已知已知:导体球导体球介质介质求求:1.球外任一点的球外任一点的2.导体球的电势导体球的电势解解:过过P点作高斯面得点作高斯面得电势电势第57页/共72页设设 q

16、，则有，则有场强分布场强分布电势差电势差例例4.平行板电容器平行板电容器，已知，已知S、d，插入厚为插入厚为t 的铜板。的铜板。求：求：C第58页/共72页8-8 电场的能量电场的能量电源提供能量电源提供能量一、带电系统的能量一、带电系统的能量灯泡发光灯泡发光电容器释放能量电容器释放能量开关倒向开关倒向 b,电容器放电。电容器放电。开关倒向开关倒向 a,电容器充电。电容器充电。水源提供能量水源提供能量冲刷马桶冲刷马桶水容器释放能量水容器释放能量相相当当于于第66页/共72页任任一一时时刻刻终终了了时时刻刻外力做功外力做功电容器的电能电容器的电能 计算电容器在带有电量计算电容器在带有电量 q，相

17、应电势差为，相应电势差为 u 时所时所具有的能量。具有的能量。反复搬运电荷第67页/共72页叫做叫做电场能量体密度电场能量体密度描述电场中能量分布状况描述电场中能量分布状况二、电场能量二、电场能量1、对平行板电容器、对平行板电容器电场存在的空间体积电场存在的空间体积若电场空间中充满均匀介质若电场空间中充满均匀介质其中其中第68页/共72页对任一电场，电场强度非均匀对任一电场，电场强度非均匀2、电场中某点处单位体积内的电场能量、电场中某点处单位体积内的电场能量3、电场能量、电场能量定居定居于电场于电场空间之中，空间之中，绝非游牧不定。绝非游牧不定。以圆柱形电容器为例，当内半径为外半径的0.60.6倍时 储能效率最高，耐压也最高。（见马文蔚物理学（中册）第四版p84p84例2 2）第69页/共72页例：例：计算球形电容器的能量计算球形电容器的能量已知已知RA、RB、q解：场强分布解：场强分布取体积元取体积元能量能量（求C的好方法）第70页/共72页课课堂堂讨讨论论比较均匀带电球面和均匀带电球体所储存的能量。比较均匀带电球面和均匀带电球体所储存的能量。（先定性分析一下，然后求解。）第71页/共72页感谢您的观看！第72页/共72页