大學物理 第五章 靜電場(四)

大學物理學電子教案靜電場中的導體6-1靜電場中的導體6-2電容電容器導體：能夠?qū)щ姷奈矬w電介質(zhì)：絕緣體，不導電的物體金屬導體：特征：內(nèi)部存在可以自由移動的電荷內(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章靜電場中的導體和電介質(zhì)一、靜電平衡條件1、靜電感應(yīng)（1）金屬導體的電結(jié)構(gòu)當沒有外電場時，導體中的正負電荷等量均勻分布，宏觀上呈電中性?！?－1靜電場中的導體

+++++++++感應(yīng)電荷

(2)靜電感應(yīng)+導體中的自由電子將在電場力的作用下作宏觀定向運動，引起導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)。導體內(nèi)的自由電子在外場作用下發(fā)生定向運動，而使導體上電荷重新分布的現(xiàn)象。------+++++----++-+靜電平衡：導體上沒有電荷作定向運動的狀態(tài)EEE￠+=rrr00=Er2、靜電平衡狀態(tài)用電場表示導體內(nèi)部任一點的電場強度為零；導體表面處的電場強度，與導體的表面垂直。E內(nèi)=0E表表面等勢面3、靜電平衡條件導體內(nèi)各點電勢相等導體為等勢體++++++用電勢表示：對于導體內(nèi)部的任何兩點A和B++++++導體表面為等勢面導體為等勢面導體內(nèi)各點電勢相等對于導體表面上的兩點A和B用電勢表示：++++++++++結(jié)論：導體內(nèi)部無凈電荷，電荷只分布在導體表面.1

實心導體高斯面二、靜電平衡時導體上電荷的分布

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

①空腔內(nèi)部及導體內(nèi)部電場強度處處為零，它們形成等電勢區(qū)。

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

空腔內(nèi)有電荷時結(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

①導體中場強為零。②空腔內(nèi)部的電場決定于腔內(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。

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

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

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屏蔽外電場用空腔導體屏蔽外電場

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屏蔽內(nèi)電場++++++++接地空腔導體屏蔽內(nèi)電場三、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、孤立導體的電容孤立導體是指其它導體或帶電體都離它足夠遠，以至于其它導體或帶電體對它的影響可以忽略不計。真空中一個半徑為R、帶電量為Q的孤立球形導體的電勢為電量與電勢的比值卻是一個常量，只與導體的形狀有關(guān)，由此可以引入電容的概念。1、引入1孤立導體所帶的電量與其電勢的比值叫做孤立導體的電容孤立球形導體的電容為孤立導體的電容與導體的形狀有關(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是導體的一種性質(zhì)，與導體是否帶電無關(guān)；是反映導體儲存電荷或電能的能力的物理量；只與導體本身的性質(zhì)和尺寸有關(guān)。二、電容器

兩個帶有等值而異號電荷的導體所組成的系統(tǒng)，叫做電容器。1、電容器的定義1BCDAqA+++++++-qA-------（1）電容的大小僅與導體的形狀、相對位置、其間的電介質(zhì)有關(guān)，與所帶電荷量無關(guān).（2）符號按可調(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

兩導體中任何一個導體所帶的電量與兩導體間的電勢差的比值

在電路中：通交流、隔直流；與其它元件可以組成振蕩器、時間延遲電路等；儲存電能的元件；真空器件中建立各種電場；各種電子儀器。計算電容的一般步驟為：設(shè)電容器的兩極板帶有等量異號電荷；求出兩極板之間的電場強度的分布；計算兩極板之間的電勢差；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d<<R1

時三、電容器的并聯(lián)和串聯(lián)U等效特點：

每個電容器兩端的電勢差相等總電量：等效電容：結(jié)論：當幾個電容器并聯(lián)時，其等效電容等于幾個電容器電容之和；各個電容器的電壓相等；并聯(lián)使總電容增大。1、電容器的并聯(lián)等效特點每個電容器極板所帶的電量相等總電壓等效電容結(jié)論：當幾個電容器串聯(lián)時，其等效電容的倒數(shù)等于幾個電容器電容的倒數(shù)之和；等效電容小于任何一個電容器的電容，但可以提高電容的耐壓能力；每個串聯(lián)電容的電勢降與電容成反比。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。當電容器的耐壓能力不被滿足時，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強叫做擊穿場強或介電強度。討論小結(jié)6－1靜電場中的導體靜電