高二物理競(jìng)賽有導(dǎo)體存在時(shí)靜電場(chǎng)的分析與計(jì)算課件

1有導(dǎo)體存在時(shí)靜電場(chǎng)的分析與計(jì)算有導(dǎo)體存在時(shí)靜電場(chǎng)場(chǎng)量的計(jì)算原則:

or導(dǎo)體1.靜電平衡的條件

2.基本性質(zhì)方程3.電荷守恒定律分析：(1)對(duì)。在正電荷生成的靜電場(chǎng)，沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)逐點(diǎn)降低。+qBA－－－－＋＋＋＋(2)

不對(duì)。若以無(wú)限遠(yuǎn)處為電勢(shì)零點(diǎn)A球的電場(chǎng)線伸向無(wú)限遠(yuǎn)處，故：(3)對(duì)。當(dāng)r>>RB

時(shí)，必有r>>RA故A、B兩球均可以看成是點(diǎn)電荷，且A球的感生電荷等量異號(hào)，它們?cè)趫?chǎng)點(diǎn)P處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向相反，可不必考慮。所以P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)即為點(diǎn)電荷q在該點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)：目的：靜電平衡導(dǎo)體的基本性質(zhì)。(4)不一定正確。因?yàn)锽

導(dǎo)體表面附近的場(chǎng)強(qiáng)雖然等于，但B

球表面電荷不一定是均勻分布的，即各點(diǎn)的不一定等于

。2.思考(1)怎樣使導(dǎo)體凈電荷為零，而其電勢(shì)不為零？(2)怎樣使導(dǎo)體有過(guò)剩的正（或負(fù)）電荷，而其電勢(shì)為零？(2)將不帶電的導(dǎo)體置于負(fù)電荷（或正電荷）的電場(chǎng)中，再將該導(dǎo)體接地，然后撤去接地線，則該導(dǎo)體有正電荷（或負(fù)電荷），并且電勢(shì)為零。分析：(1)將一孤立導(dǎo)體置于某電場(chǎng)中，則該導(dǎo)體

而導(dǎo)體的電勢(shì)?，F(xiàn)象：一帶正電荷的物體M，靠近一原不帶電的金屬導(dǎo)體N，N的左端感生出負(fù)電荷，右端感生出正電荷。若將N的一端接地，則N上的正電荷入地，導(dǎo)體上就只剩下負(fù)電荷。若M

帶負(fù)電荷，將N的一端接地，則N上的負(fù)電荷入地，導(dǎo)體上就只剩下正電荷。3.帶電為Q

的導(dǎo)體薄球殼A，半徑為R，殼內(nèi)中心處有點(diǎn)電荷q，已知球殼電勢(shì)為，則殼內(nèi)任一點(diǎn)P的電勢(shì)對(duì)不對(duì)？試分析之。分析：不對(duì)。根據(jù)電勢(shì)疊加原理，殼內(nèi)任一點(diǎn)P(r)的電勢(shì)應(yīng)是殼上電荷Q

及點(diǎn)電荷q

在該點(diǎn)的電勢(shì)的疊加，即球殼及其內(nèi)部空間為等勢(shì)體qQ,?PRr目的：有導(dǎo)體的靜電場(chǎng)電勢(shì)的計(jì)算。而球殼的電勢(shì)也是由Q

及q

在球殼處的電勢(shì)的疊加，即另一種方法求

。選無(wú)限遠(yuǎn)處為電勢(shì)零點(diǎn)，則++++++++++?OA

?+QB-q?3.點(diǎn)電荷+Q

放在接地空腔導(dǎo)體球B外A點(diǎn)，試定性分析以下三種情況中B球的感生電荷（正負(fù)、大致分布）及球外場(chǎng)強(qiáng)，并比較之。從以上分析可以得到什么規(guī)律？?OA

?+QB(a)B內(nèi)無(wú)電荷?OA

?+QB+q(b)點(diǎn)電荷+q在球心O處(c)點(diǎn)電荷-q偏離球心O＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋-q均勻分布+q非均勻分布分析：以上三種情況，接地空腔導(dǎo)體B外表面上的感生電荷大小、分布都一樣，都是。說(shuō)明接地空腔導(dǎo)體可將腔內(nèi)電荷所激發(fā)的電場(chǎng)完全屏蔽掉。球B外的電場(chǎng)僅僅由點(diǎn)電荷A及感生電荷決定。目的：導(dǎo)體靜電感應(yīng)及靜電屏蔽。計(jì)算題：例4-3-1

在一不帶電的金屬球旁，有一點(diǎn)電荷+q，金屬球半徑為R，試求：金屬球上感生電荷在球心處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度E

及此時(shí)球心的電勢(shì)。若將金屬球接地，球上的凈電荷為何？已知+q

與金屬球心間距為r。rerOrR+q++++解：球心O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為感生電荷的電場(chǎng)E

及點(diǎn)電荷q

的電場(chǎng)E’的疊加，即：E0=E+E’由靜電平衡條件可知，金屬導(dǎo)體球內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)處處為零，即E0=0，則因?yàn)楦猩姾煞植荚诮饘偾虻谋砻嫔?，它在球心處的電?shì)為：點(diǎn)電荷q

在球心O的電勢(shì)為：根據(jù)電勢(shì)疊加原理，球心處的電勢(shì)(2)若將金屬球接地，設(shè)球上有凈電荷q1，這時(shí)金屬球的電勢(shì)應(yīng)為零，由疊加原理可知：R<r目的：導(dǎo)體靜電感應(yīng)的感生電荷的計(jì)算及其電場(chǎng)電勢(shì)的計(jì)算。例4-3-2解：

(1)如圖所示由電荷守恒定律可知：(1)(2)Q?PⅠⅡⅢ選一個(gè)兩底（面積為

）分別在兩個(gè)金屬板內(nèi)而側(cè)面垂直于板面的封閉面作為高斯面，又板內(nèi)電場(chǎng)為零，由高斯定律：(3)在金屬板內(nèi)一點(diǎn)P的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)該是4個(gè)帶電面的電場(chǎng)的疊加，故：(4)將(1)、(2)、(3)、(4)聯(lián)立求解：?

PE1E2E3E4各個(gè)分區(qū)的電場(chǎng)分布（電場(chǎng)方向以向