大學(xué)物理-靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體與電介質(zhì)

+++++++++一靜電感應(yīng)靜電平衡條件感應(yīng)電荷靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體++++++++++++++++++++導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度外電場(chǎng)強(qiáng)度感應(yīng)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度++++++導(dǎo)體是等勢(shì)體靜電平衡條件（1）導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零；（2）導(dǎo)體表面處的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向,都與導(dǎo)體表面垂直.導(dǎo)體表面是等勢(shì)面導(dǎo)體內(nèi)部電勢(shì)相等二靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布++++++++++結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)電荷1

實(shí)心導(dǎo)體2

有空腔導(dǎo)體空腔內(nèi)無(wú)電荷電荷分布在表面上內(nèi)表面上有電荷嗎？若內(nèi)表面帶電所以?xún)?nèi)表面不帶電++--結(jié)論電荷分布在外表面上（內(nèi)表面無(wú)電荷）++++++++++矛盾導(dǎo)體是等勢(shì)體空腔內(nèi)有電荷電荷分布在表面上內(nèi)表面上有電荷嗎？結(jié)論當(dāng)空腔內(nèi)有電荷時(shí),內(nèi)表面因靜電感應(yīng)出現(xiàn)等值異號(hào)的電荷，外表面有感應(yīng)電荷（電荷守恒）+++++++++++為表面電荷面密度作錢(qián)幣形高斯面

S3

導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度與電荷面密度的關(guān)系表面電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與該表面電荷面密度成正比+++++++++注意導(dǎo)體表面電荷分布與導(dǎo)體形狀以及周?chē)h(huán)境有關(guān).4導(dǎo)體表面電荷分布帶電導(dǎo)體尖端附近電場(chǎng)最強(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，即尖端放電

.尖端放電會(huì)損耗電能,還會(huì)干擾精密測(cè)量和對(duì)通訊產(chǎn)生危害

.然而尖端放電也有很廣泛的應(yīng)用

.尖端放電現(xiàn)象尖端放電現(xiàn)象的利與弊<電風(fēng)實(shí)驗(yàn)>++++++++++<避雷針>尖端放電現(xiàn)象的利用三靜電屏蔽

1

屏蔽外電場(chǎng)外電場(chǎng)空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場(chǎng),使空腔內(nèi)物體不受外電場(chǎng)影響.這時(shí),整個(gè)空腔導(dǎo)體和腔內(nèi)的電勢(shì)也必處處相等.空腔導(dǎo)體屏蔽外電場(chǎng)接地空腔導(dǎo)體將使外部空間不受空腔內(nèi)的電場(chǎng)影響.

問(wèn)：空間各部分的電場(chǎng)強(qiáng)度如何分布？接地導(dǎo)體電勢(shì)為零

2

屏蔽腔內(nèi)電場(chǎng)++++++++

例有一外半徑和內(nèi)半徑的金屬球殼，在球殼內(nèi)放一半徑的同心金屬球，若使球殼和金屬球均帶有的正電荷，問(wèn)兩球體上的電荷如何分布？球心的電勢(shì)為多少？解根據(jù)靜電平衡的條件求電荷分布作球形高斯面作球形高斯面根據(jù)靜電平衡條件一孤立導(dǎo)體的電容例如

孤立的導(dǎo)體球的電容

地球單位

電容電容器二電容器電容器電容

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(wú)關(guān).三電容器電容的計(jì)算1）設(shè)兩極板分別帶電；2）求

；3）求；4）求.步驟1

平板電容器++++++------（2）兩帶電平板間的電場(chǎng)強(qiáng)度（1）設(shè)兩導(dǎo)體板分別帶電（3）兩帶電平板間的電勢(shì)差（4）平板電容器電容平行板電容器電容2圓柱形電容器（3）（2）（4）電容++++----（1）設(shè)兩導(dǎo)體圓柱面單位長(zhǎng)度上分別帶電例２球形電容器的電容球形電容器是由半徑分別為和的兩同心金屬球殼所組成．解設(shè)內(nèi)球帶正電（），外球帶負(fù)電（）．＋＋＋＋＋＋＋＋孤立導(dǎo)體球電容*單位長(zhǎng)度的電容解設(shè)兩金屬線(xiàn)的電荷線(xiàn)密度為

例3兩半徑為的平行長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)中心間距為，且,求單位長(zhǎng)度的電容.三電容器的串聯(lián)和并聯(lián)１電容器的并聯(lián)２電容器的串聯(lián)＋＋一電介質(zhì)對(duì)電容的影響相對(duì)電容率相對(duì)電容率電容率+++++++-------+++++++-------靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)二電介質(zhì)的極化無(wú)極分子電介質(zhì)：（氫、甲烷、石蠟等）有極分子電介質(zhì)：（水、有機(jī)玻璃等）++++++------+++++++++++-----------三電極化強(qiáng)度表面極化電荷面密度:電極化強(qiáng)度:分子偶極矩的單位：++++++------+++++++++++-----------四電介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度極化電荷與自由電荷的關(guān)系電位移矢量（均勻各相同性介質(zhì)）++++++------+++++++++++-----------電容率有介質(zhì)時(shí)的高斯定理有介質(zhì)中的高斯定理極化電荷面密度電位移矢量（任何介質(zhì)）（均勻介質(zhì)）有介質(zhì)時(shí)的高斯定理電容率（均勻介質(zhì)）有介質(zhì)時(shí)先求

注意+++++++++++-----------

例2

一平行平板電容器充滿(mǎn)兩層厚度各為和的電介質(zhì)，它們的相對(duì)電容率分別為和,極板面積為.求（1）電容器的電容；（2）當(dāng)極板上的自由電荷面密度的值為時(shí)，兩介質(zhì)分界面上的極化電荷面密度.------++++++++++++------解（1）

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-----（2）+++++++++---------一電容器的電能電容器貯存的電能+靜電場(chǎng)的能量二靜電場(chǎng)的能量能量密度物理意義電場(chǎng)是一種物質(zhì)，它具有能量.電場(chǎng)空間所存儲(chǔ)的能量電場(chǎng)能量密度

例1

如圖所示,球形電容器的內(nèi)、外半徑分別為和，所帶電荷為．若在兩球殼間充以電容率為

的電介質(zhì)，問(wèn)此電容器貯存的電場(chǎng)能量為多少？解（球形電容器電容）討論（1）（2）（孤立導(dǎo)體球貯存的能量）解例2如圖圓柱形電容器，中間是空氣，空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)是，電容器外半徑