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第15章 静电场中的导体和电介质 电容和电容器导体静电平衡条件电介质的极化电容器和电容电容器应用电场能量1. 金属导体与电场的相互作用特征：体内存在大量的自由电子导体内电荷重新分布出现附加电场 直至静电平衡无外场时自由电子无规运动： “电子气”在外场 中1. 无规运动；2. 宏观定向运动一、导体的静电平衡条件§15-1 静电场中的导体静电平衡：导体内部及表面均无电荷定向运动，导体上电荷及空间电场分布达到稳定。证明:导体是等势体导体表面是等势面或:2. 静电平衡条件条件：空间电场要计算静电平衡时的电场分布，首先要知道其电荷分布。§15-1 静电场中的导体3.静电平衡时导体表面电场：证明:§15-1 静电场中的导体1.导体内无净电荷（ ），电荷只分布于导体表面静电平衡条件净电荷只分布于外表面二、静电平衡条件下，导体上的电荷分布1）实心导体（只有外表面）高斯面 A（宏观小，微观大）§15-1 静电场中的导体同上，导体内紧贴内表面作高斯面= 0 ?若则必然有 处，电场线由 ，沿电场线方向电势降低，导体内表面有电势差，与静电平衡条件：导体表面为等势面矛盾.所以净电荷只能分布于外表面.2）空腔导体（有内、外表面），腔内无电荷§15-1 静电场中的导体净电荷只能分布于外表面电场线不能进入腔内，即：静电屏蔽 §15-1 静电场中的导体紧贴内表面作高斯面空腔内表面电荷与腔内电荷等值异号3）空腔导体，腔内有电荷空腔外表面电荷由电荷守恒决定。§15-1 静电场中的导体1）空腔原不带电，腔内电荷 ，腔内、外表面电量？2）空腔原带电 ，腔内电荷 ，腔内、外表面电量？思考：§15-1 静电场中的导体腔接地：内外电场互不影响 3）空腔能屏蔽腔内电荷 的电场吗？ 有什么办法能实现这种屏蔽？腔不接地：腔内不受腔外电荷影响 腔外要受腔内电荷影响§15-1 静电场中的导体腔内电荷 的位置移动对 分布有影响；对 分布无影响。4）腔内电荷 的位置移动对 分布有无影响？§15-1 静电场中的导体+++++++++++++三、尖端放电+为什么尖端处场强强？+§15-1 静电场中的导体霹雷——2007年夏天，重庆遭遇雷击的瞬间2007年上半年中国死于雷击的人，相当于掉下3架波音737飞机。2008年9月成都暴雨雷电创历史纪录，平均两秒一次闪击。2009年7月17日我省共发生13904次雷电闪击。其中，成都达到4388次，成为当年入夏以来雷电闪击最多的一天。 [例一]相距很近的平行导体板 ,分别带电 求4个导体表面电荷分布。 四、有导体存在时的 分布求解思路：静电平衡条件导体上的电荷分布计算 分布（方法同前）电荷守恒定律导体板解：设平板面积为 由电荷守恒定律：（1）（2）（4）导体板由静电平衡条件:（3）P1点：P2点：导体板即：相背面 等大同号， 相对面 等大异号。由（1）、（2）、（3）、（4）解得：[例二]带电量 ，半径 的导体球 外有一内半 径 ，外半径 的同心导体球壳 ,求:〈1〉外球壳的电荷分布及电势〈2〉将 接地再重新绝缘，结果如何？〈3〉然后将 接地， 电荷分布及 电势 如何变化？ 解：〈2〉将 B 接地再重新绝缘，结果如何？A 球电荷入地，B 球壳 分布于表面，对吗？与接地条件矛盾，不对！设 带电 则 由：〈3〉然后将 接地， 电荷分布及 电势如何变化？ 即 所带部分电荷入地练习1：若带电 带电 ，求：1〉图中1，2，3，4 各区域的 和 分布， 2〉若将球与球壳用导线连接，情况如何？3〉若将外球壳接地，情况如何？均匀带电球面的电场、电势公式：1〉2〉若将球与球壳用导线连接，情况如何？3〉若将外球壳接地，情况如何？解：1〉画出未接地前的电荷分布图 腔内壁非均匀分布的负电荷对外效应等效于： 在与 同位置处置 练习2：内半径为 的导体球壳原来不带电，在腔内离球心距离为 处，固定一电量 的点电荷，用导线将球壳接地后再撤去地线，求球心处电势 2〉外壳接地后电荷分布如何变化？内壁电荷分布不变3〉由叠加法求球心处电势练习3 实验表明，在靠近地面处有相当强的电场，电场强度 垂直于地面向下，大小约为 ；在离地面 高的地方 ， 也是垂直于地面向下的，大小约为 2 5 N/C。(1)试计算从地面到此高度大气中电荷的平均体密度；(2)假设地球表面处的电场强度完全是由均匀分布在 地表面的电荷产生，求地面上的电荷面密度。解：地球—