大學(xué)物理：第十章01 靜電場中的導(dǎo)體

第十章靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)Conductorinelectrostaticfield在靜電場中總是存在導(dǎo)體或電介質(zhì)靜電場與靜電場中導(dǎo)體或電介質(zhì)之間有相互作用主要內(nèi)容有：靜電場中導(dǎo)體電容器電介質(zhì)的極化有介質(zhì)時的高斯定理電場的能量10-1靜電場中的導(dǎo)體一、靜電感應(yīng)靜電平衡條件金屬導(dǎo)體有自由電子，作無規(guī)則的熱運動。導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下作宏觀定向運動，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)。1、靜電感應(yīng)1++++++++AB++++++++____++++AB導(dǎo)體的兩個側(cè)面出現(xiàn)了等量異號的電荷。在導(dǎo)體的內(nèi)部建立一個附加電場。導(dǎo)體內(nèi)部的場強E就是E‘和E0的疊加。++++++------+-++++++------++++++------開始，E’<E0

，導(dǎo)體內(nèi)部場強不為零，自由電子繼續(xù)運動，E’增大。到E’=E0即導(dǎo)體內(nèi)部的場強為零，此時導(dǎo)體內(nèi)沒有電荷作定向運動，導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。2、靜電平衡狀態(tài)2用電場表示導(dǎo)體內(nèi)部任一點的電場強度為零；導(dǎo)體表面處的電場強度，與導(dǎo)體的表面垂直。3、靜電平衡條件3E內(nèi)=0E表表面用電勢表示：導(dǎo)體是個等勢體；導(dǎo)體表面是等勢面。對于導(dǎo)體內(nèi)部的任何兩點A和B對于導(dǎo)體表面上的兩點A和BAB3、靜電平衡條件3等勢面二、靜電平衡時導(dǎo)體上電荷的分布

在靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)部的電場強度為零，結(jié)論：在靜電平衡時，導(dǎo)體所帶的電荷只能分布在導(dǎo)體的表面上，導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷。1、實心導(dǎo)體1內(nèi)=0SVE=0導(dǎo)體內(nèi)部無凈電荷!情況1、空腔內(nèi)無電荷同理，導(dǎo)體中無凈電荷！內(nèi)表面上有電荷嗎？①內(nèi)表面無電荷②內(nèi)表面有等量異號電荷2、空腔導(dǎo)體2++++++++++若內(nèi)表面有等量異號電荷所以內(nèi)表面無電荷.+--+

結(jié)論：導(dǎo)體所帶凈電荷只分布在外表面上。矛盾導(dǎo)體是等勢體情況2、空腔內(nèi)有電荷結(jié)論:空腔內(nèi)有電荷+q時，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電荷守恒定律作扁圓柱形高斯面+++++++S3、導(dǎo)體表面附近的電場3為表面電荷面密度+++++++++實驗表明：對孤立導(dǎo)體結(jié)論：導(dǎo)體尖銳部分大，E亦較大；平坦部分小，E亦較小。（R曲率半徑）4、導(dǎo)體表面電荷分布4靜電感應(yīng)電暈放電可靠接地帶電云避雷針的工作原理++++－－－－－++－+外電場空腔導(dǎo)體屏蔽外電場

1.屏蔽外電場三、靜電屏蔽空腔導(dǎo)體靜電屏蔽作用的應(yīng)用

高壓帶電作業(yè)例如：高壓帶電作業(yè)人員穿的導(dǎo)電纖維編織的工作服。

2

屏蔽內(nèi)電場++++++++接地空腔導(dǎo)體屏蔽內(nèi)電場不能屏蔽內(nèi)電場應(yīng)用：屏蔽室、屏蔽柵網(wǎng)、家電的接地保護

例

1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？球心電勢為多少？四、有導(dǎo)體時靜電場的計算解作球形高斯面作球形高斯面R1=10cm，R2=7cmR3=5cm，q=10-8CEND2.兩塊“無限大”均勻帶電導(dǎo)體平板相互平行放置，設(shè)四個表面的電荷面密度分別為1、2、3、4

，如圖所示。求證當(dāng)靜電平衡時:

2=－3

1=4證：垂直于板作柱狀高斯面，如圖所示，因為導(dǎo)體內(nèi)場強為零，兩板間場強垂直于板平面，所以有又左邊導(dǎo)體板內(nèi)場強：若兩導(dǎo)體板分別帶電

QA、QB，則3.“無限大”均勻帶電平面A附近平行放置有一定厚度的“無限大”平面導(dǎo)體板B,如圖所示,已知A上的電荷面密度為+,則在導(dǎo)體板B的兩個表面1和2上的感應(yīng)電荷面密度為

[C]（A）1=–,2=0（B）1=–