（精）9-2 空腔导体内外的静电场.ppt

* * 一、空腔导体内外的电荷分布 §9.2 空腔导体内外的静电场 空腔内部没有带电体（静电平衡时） 电荷只分布在导体外表面上，内表面无电荷。 【演示实验】 空心导体 静电平衡分析依据 Ei=0，Es垂 直导体表面 【思考】移动腔内带电体或改变腔内带电体电量，是否影响内、外表面电荷分布？ 由导体内场强为零和高斯定理：内表面带与腔内带电体等量异号电荷-q，外表面等量电荷q。 空腔内部有带电体（静电平衡时） 【思考题解答】 移动金属腔内带电体，不影响外表面电荷分布，只影响内表面电荷分布；改变腔内带电体的电量，影响内、外表面电荷分布。 + + + + + + + + + + + + + + + + 带电体 S 二、静电屏蔽 空腔导体内外的静电场分析 空腔内无带电体 无论腔外带电体如何变化，导体内部和空腔处电场处处为0，不受外界影响，腔外场强有腔外表面电荷和腔外带电体共同决定。 空腔内有带电体 以下重点分析腔内有带电体情况 1、空腔不接地 Qin Qout -Qin Qin S 等势体 腔外空间的边值条件： Qin 、Qout 腔内空间的边值条件： Qin 、 – Qin 腔外Qout位置和数量变化，不改变腔内空间的边值条件，因此，不改变腔内空间电场分布。 腔内Qin位置变化，不改变腔外空间电场分布。 但腔内Qin数值变化，改变腔外表面电荷Qin，因此，将改变腔外空间的电场分布！ 2、空腔接地 腔内边值条件： Qin 、V=0 腔外边值条件： Qout 、V=0 腔外Qout位置和数量变化，不改变腔内空间的边值条件，因此，不改变腔内空间电场分布。 腔内Qin位置和数量变化，不改变腔外空间电场分布。 Qin Qout VS=0 S V=0 -Qin 不论导体壳是否接地，壳内电场都不受壳外电荷位置和数量变化的影响，壳外电场也不受壳内电荷位置变化的影响。 但为了使壳外电场不受壳内电荷数量变化的影响，导体壳必须接地。 静电屏蔽 一个接地的封闭金属壳（空腔），可以起到壳（腔）内外互不影响的屏蔽作用。 总结 Qin Qout VS=0 S V=0 -Qin 静电屏蔽的应用 金属表面对电磁波有很强的反射作用，反射系数几乎是1。所以封闭的金属导体壳可以完全屏蔽电磁波。 电磁波进入导体的深度称为“穿透深度”，它正比于 ，高频电磁波的穿透深度很小，很快衰竭。 3、电磁波的屏蔽 原因：导体中自由电子在入射场驱动下形成传导电流，其焦耳热消耗了电磁场的能量。 有导体存在时静电场的分析与计算 电荷守恒、静电平衡条件、高斯定理 【例】面电荷密度为 ?0 的无限大绝缘板旁，有一无限大的原不带电的导体平板。求静电平衡后导体板两表面的面电荷密度。 解：设导体板两表面电荷密度为 ?1 和 ?2 电荷守恒： ?1 + ?2 = 0 静电平衡条件： E0+E1-E2 = 0 ?0/(2?0) +?1/(2?0) – ?2/(2?0) = 0 ?1 – ?2= – ?0 结果： ?1 = – ?0 /2 ?2 = ?0 /2 s1 s2 s0 E0 E2 E1 【例】带电导体球A与带电导体球壳B同心，求 （1）各表面电荷分布 （2）A的电势VA ， B内外表面电势及A、B电势差 （3）将B接地，各表面电荷分布及A、B电势差 （4）将B的地线拆掉后，再将A接地时各表面电荷分布 R 3 R 2 R 1 B A q Q