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物理学 第五版 第六章 静电场中的导体和电介质 第六章 静电场中的导体和电介质 本章目录 6-1 静电场中的导体 6-2 静电场中的电介质 6-3 电位移 有介质时的高斯定理 6-4 电容 电容器 6-5 静电场的能量和能量密度 6-0 教学基本要求 一 掌握静电平衡的条件，掌握导体处于静电平衡时的电荷、电势、电场分布. 三 理解电场能量密度的概念，掌握电场能量的计算. 二 掌握电容器的电容，能计算常见电容器的电容. 作 业 6-6，6-8，6-9 6-21，6-24，6-25 6-13 6-12，6-33 一 导体的静电平衡状态 静电感应： 在外电场影响下，导体中的电荷重新分布，导体表面不同部分出现正负电荷的现象。 + + + + + + + + + 感应电荷 6-1 静电场中的导体 - - - - + + + - + E′ E=0 - - - - - - + + + + + + —导体内电场强度 —感应电荷电场强度 —外电场强度 静电平衡： 导体内部和表面没有电荷的宏观定向运动。 + + + + + + 导体是等势体 二 导体静电平衡条件 （1）导体内部任何一点处的电场强度为零； （2）导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直. 导体表面是等势面 导体内部电势相等 E= 0 三 静电平衡态下导体的带电特性 1. 在静电平衡时，导体所带的电荷只能分布在导体的表面，导体内部没有净电荷。 S 导体内部没有净电荷，电荷只能分布在导体表面。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + ⑴ 带电Q的实心导体 Q （2）带电Q的空心导体，腔内无电荷 E= 0 S 电荷分布在导体外表面，导体内部和内表面无净荷。 （3）带电Q空心导体，腔内有电荷q +q - - - - - - - - 电荷分布在导体内外两个表面，内表面带电-q，外表面带电Q+q 。 E= 0 S + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Q+q Q Q 在静电平衡时，导体表面邻近处场强的大小与该点的电荷密度σ成正比。其方向与导体表面垂直。 ΔS E 在静电平衡时的孤立导体，其表面处面电荷密度?与该表面处曲率有关，曲率（1/R）越大的地方电荷密度越大，曲率越小的地方电荷密度越小。 + + + + + + + + + + + + + + + + + 带电导体尖端附近电场最强 带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象，即尖端放电 . 尖端放电会损耗电能, 还会干扰精密测量和对通讯产生危害 . 然而尖端放电也有很广泛的应用 . 四 尖端放电现象 尖端放电现象的利与弊 - + + + + + + + + + + - + + 电风实验 避雷针 静电感应 电晕放电 可靠接地 带电云 避雷针的工作原理 + + + + － － － － － + + － + 五 静电屏蔽 1.屏蔽外电场 外电场 空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内物体不受外电场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等. 空腔导体屏蔽外电场 接地空腔导体将使外部空间不受空腔内的电场影响。 空间各部分的电场强度如何分布 ？ 接地导体电势为零 2.屏蔽腔内电场 + + + + + + + + 例1.一外半径为R3，内半径为R2的金属球壳。在球壳中放一半径为R1的金属球，球壳和球均带有电量10-8C的正电荷。问（1）电荷分布。（2）球和球壳的电势。（3）用导线把球和球壳连起来，回答（1）（2）。 (4)将球壳外接地，再回答（1)（2)。 R1 R2 R3 解： （r R1 ） （R1 rR2） （1）内球表面带电+q ； 球壳内表面带电-q； 球壳外表面带电+2q （R2rR3） （r R3 ） + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - （2） R1 R2 R3 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - R3 R2 R1 + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + R1 R2 R3 + + + + + + + + + + + + 内球和壳内表面不带电； 壳外表面带电+2q (rR3) (rR3) (3) 内球和壳连接: R3 R2 R1