大學(xué)物理 第五章 靜電場(chǎng)(四)

大學(xué)物理學(xué)電子教案靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體6-1靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體6-2電容電容器導(dǎo)體：能夠?qū)щ姷奈矬w電介質(zhì)：絕緣體，不導(dǎo)電的物體金屬導(dǎo)體：特征：內(nèi)部存在可以自由移動(dòng)的電荷內(nèi)部有大量的自由電子電子被束縛在原子核附近靜電感應(yīng)電介質(zhì)的極化第6章靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)一、靜電平衡條件1、靜電感應(yīng)（1）金屬導(dǎo)體的電結(jié)構(gòu)當(dāng)沒有外電場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)體中的正負(fù)電荷等量均勻分布，宏觀上呈電中性。§6－1靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體

+++++++++感應(yīng)電荷

(2)靜電感應(yīng)+導(dǎo)體中的自由電子將在電場(chǎng)力的作用下作宏觀定向運(yùn)動(dòng)，引起導(dǎo)體中電荷重新分布而呈現(xiàn)出帶電的現(xiàn)象，叫作靜電感應(yīng)。導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在外場(chǎng)作用下發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，而使導(dǎo)體上電荷重新分布的現(xiàn)象。------+++++----++-+靜電平衡：導(dǎo)體上沒有電荷作定向運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)EEE￠+=rrr00=Er2、靜電平衡狀態(tài)用電場(chǎng)表示導(dǎo)體內(nèi)部任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零；導(dǎo)體表面處的電場(chǎng)強(qiáng)度，與導(dǎo)體的表面垂直。E內(nèi)=0E表表面等勢(shì)面3、靜電平衡條件導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)電勢(shì)相等導(dǎo)體為等勢(shì)體++++++用電勢(shì)表示：對(duì)于導(dǎo)體內(nèi)部的任何兩點(diǎn)A和B++++++導(dǎo)體表面為等勢(shì)面導(dǎo)體為等勢(shì)面導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)電勢(shì)相等對(duì)于導(dǎo)體表面上的兩點(diǎn)A和B用電勢(shì)表示：++++++++++結(jié)論：導(dǎo)體內(nèi)部無凈電荷，電荷只分布在導(dǎo)體表面.1

實(shí)心導(dǎo)體高斯面二、靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布

2

空腔導(dǎo)體空腔內(nèi)無電荷時(shí)電荷分布在表面內(nèi)表面？外表面？高斯面

①空腔內(nèi)部及導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零，它們形成等電勢(shì)區(qū)。

②空腔內(nèi)表面不帶任何電荷。若內(nèi)表面帶電，必等量異號(hào)結(jié)論：空腔內(nèi)無電荷時(shí)，電荷分布在外表面,內(nèi)表面無電荷.與導(dǎo)體是等勢(shì)體矛盾－＋高斯面++++++++++

空腔內(nèi)有電荷時(shí)結(jié)論:空腔內(nèi)有電荷+q時(shí)，空腔內(nèi)表面有感應(yīng)電荷-q，外表面有感應(yīng)電荷+q．+高斯面qq-q

①導(dǎo)體中場(chǎng)強(qiáng)為零。②空腔內(nèi)部的電場(chǎng)決定于腔內(nèi)帶電體

③空腔的內(nèi)表面所帶電荷與腔內(nèi)帶電體所帶電荷等量異號(hào)。

④導(dǎo)體接地，則空腔內(nèi)帶電體的電荷變化將不再影響導(dǎo)體外的電場(chǎng)。作扁圓柱形高斯面3導(dǎo)體表面附近場(chǎng)強(qiáng)與電荷面密度的關(guān)系+++++++S結(jié)論:導(dǎo)體表面附近場(chǎng)強(qiáng)與該處電荷面密度成正比。4導(dǎo)體表面電荷分布規(guī)律+++++++++注意:

n為導(dǎo)體表面的外法線方向單位矢量；由導(dǎo)體上及導(dǎo)體外全部電荷所產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)。帶電導(dǎo)體尖端附近的電場(chǎng)特別大，可使尖端附近的空氣發(fā)生電離而成為導(dǎo)體產(chǎn)生放電現(xiàn)象．尖端放電現(xiàn)象<電風(fēng)實(shí)驗(yàn)>++++++++++靜電感應(yīng)電暈放電可靠接地帶電云避雷針的工作原理++++－－－－－++－+

1

屏蔽外電場(chǎng)用空腔導(dǎo)體屏蔽外電場(chǎng)

2

屏蔽內(nèi)電場(chǎng)++++++++接地空腔導(dǎo)體屏蔽內(nèi)電場(chǎng)三、靜電屏蔽

例有一外半徑R1=10cm，內(nèi)半徑R2=7cm

的金屬球殼，在球殼中放一半徑R3=5cm的同心金屬球，若使球殼和球均帶有q=10-8C的正電荷，問兩球體上的電荷如何分布？球心電勢(shì)為多少？解作球形高斯面作球形高斯面R1=10cm，R2=7cmR3=5cm，q=10-8CEND6－2電容電容器一、孤立導(dǎo)體的電容孤立導(dǎo)體是指其它導(dǎo)體或帶電體都離它足夠遠(yuǎn)，以至于其它導(dǎo)體或帶電體對(duì)它的影響可以忽略不計(jì)。真空中一個(gè)半徑為R、帶電量為Q的孤立球形導(dǎo)體的電勢(shì)為電量與電勢(shì)的比值卻是一個(gè)常量，只與導(dǎo)體的形狀有關(guān)，由此可以引入電容的概念。1、引入1孤立導(dǎo)體所帶的電量與其電勢(shì)的比值叫做孤立導(dǎo)體的電容孤立球形導(dǎo)體的電容為孤立導(dǎo)體的電容與導(dǎo)體的形狀有關(guān)，與其帶電量和電位無關(guān)。2、電容的定義2法拉(F)1F=1C.V-1微法

1μF=10-6F皮法

1pF=10-12F3、電容的單位3關(guān)于電容的說明：4是導(dǎo)體的一種性質(zhì)，與導(dǎo)體是否帶電無關(guān)；是反映導(dǎo)體儲(chǔ)存電荷或電能的能力的物理量；只與導(dǎo)體本身的性質(zhì)和尺寸有關(guān)。二、電容器

兩個(gè)帶有等值而異號(hào)電荷的導(dǎo)體所組成的系統(tǒng)，叫做電容器。1、電容器的定義1BCDAqA+++++++-qA-------（1）電容的大小僅與導(dǎo)體的形狀、相對(duì)位置、其間的電介質(zhì)有關(guān)，與所帶電荷量無關(guān).（2）符號(hào)按可調(diào)分類：可調(diào)電容器、微調(diào)電容器、雙連電容器、固定電容器按介質(zhì)分類：空氣電容器、云母電容器、陶瓷電容器、紙質(zhì)電容器、電解電容器按體積分類：大型電容器、小型電容器、微型電容器按形狀分類：平板電容器、圓柱形電容器、球形電容器電容器的分類3電容器的電容2

兩導(dǎo)體中任何一個(gè)導(dǎo)體所帶的電量與兩導(dǎo)體間的電勢(shì)差的比值

在電路中：通交流、隔直流；與其它元件可以組成振蕩器、時(shí)間延遲電路等；儲(chǔ)存電能的元件；真空器件中建立各種電場(chǎng)；各種電子儀器。計(jì)算電容的一般步驟為：設(shè)電容器的兩極板帶有等量異號(hào)電荷；求出兩極板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度的分布；計(jì)算兩極板之間的電勢(shì)差；根據(jù)電容器電容的定義求得電容。4、電容器的作用45、電容器電容的計(jì)算5例1圓柱形電容器解：設(shè)兩極板帶電q

l(l>>R2–R1

)R1R2圓柱越長，電容越大；兩圓柱之間的間隙越小，電容越大。用d表示兩圓柱面之間的間距，當(dāng)d<<R1

時(shí)三、電容器的并聯(lián)和串聯(lián)U等效特點(diǎn)：

每個(gè)電容器兩端的電勢(shì)差相等總電量：等效電容：結(jié)論：當(dāng)幾個(gè)電容器并聯(lián)時(shí)，其等效電容等于幾個(gè)電容器電容之和；各個(gè)電容器的電壓相等；并聯(lián)使總電容增大。1、電容器的并聯(lián)等效特點(diǎn)每個(gè)電容器極板所帶的電量相等總電壓等效電容結(jié)論：當(dāng)幾個(gè)電容器串聯(lián)時(shí)，其等效電容的倒數(shù)等于幾個(gè)電容器電容的倒數(shù)之和；等效電容小于任何一個(gè)電容器的電容，但可以提高電容的耐壓能力；每個(gè)串聯(lián)電容的電勢(shì)降與電容成反比。2、電容器的串聯(lián)并聯(lián)電容器的電容等于各個(gè)電容器電容的和。串聯(lián)電容器總電容的倒數(shù)等于各串聯(lián)電容倒數(shù)之和。當(dāng)電容器的耐壓能力不被滿足時(shí)，常用串并聯(lián)使用來改善。串聯(lián)使用可提高耐壓能力并聯(lián)使用可以提高容量電介質(zhì)的絕緣性能遭到破壞，稱為擊穿。所能承受的不被擊穿的最大場(chǎng)強(qiáng)叫做擊穿場(chǎng)強(qiáng)或介電強(qiáng)度。討論小結(jié)6－1靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體靜電