静电学第5讲——有导体时的静电场1.ppt

* * 静电学第5讲 ——有导体时的静电场 主要内容 一、静电感应 二、静电平衡时导体上电荷的分布 三、静电屏蔽 导体的结构特征： 内部有大量的可以自由移动的电子。 一、静电感应 + + + + + + + + + 感应电荷 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 导体内电场强度 外电场强度 感应电荷电场强度 + + + + + + 导体是等势体 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 二、静电平衡时导体上电荷的分布 + + + + + + + + + + 结论 导体内部无电荷 1　实心导体 2　有空腔导体 空腔内无电荷 电荷分布在表面上 内表面上有电荷吗？ 若内表面带电 所以内表面不带电 + + - - 结论 电荷分布在外表面上（内表面无电荷） + + + + + + + + + + 矛盾 导体是等势体 空腔内有电荷 电荷分布在表面上 内表面上有电荷吗？ 结论 当空腔内有电荷 时,内表面因静电感应出现等值异号的电荷 ，外表面有感应电荷 （电荷守恒） + + + + + + + + + + + 为表面电荷面密度 作钱币形高斯面 S 3　导体表面电场强度与电荷面密度的关系 表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比 + + + + + + + + + 注意 导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关. 4　导体表面电荷分布 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 . 尖端放电现象 尖端放电现象的利与弊 电风实验 + + + + + + + + + + 避雷针 尖端放电现象的利用 三、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. 问：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 有一外半径 和内半径 的金属球壳，在球壳内放一半径 的同心金属球，若使球壳和金属球均带有 的正电荷，问 两球体上的电荷如何分布？球心的电势为多少？ 解 根据静电平衡的条件求电荷分布 作球形高斯面 作球形高斯面 根据静电平衡条件 带电导体球和无限大均匀带电平面如图放置，P 为导体球表面附近距带电平面最近的点，若无限大带电平面的面电荷密度为 P 点附近导体球表面的面电荷密度为 例2： 则 P 点电场强度的大小等于多少 ？ P P 解： 应用高斯定理。 但由于 P 离球面极近，P 点认为 是无限大平面。 如右下图所示，作宏观上看来底面积 和高度都很小的圆柱面，以至于可以认为圆柱面截下的导体球面均匀带电。 P 高斯定理给出： 闭合圆柱面可分成三部分： 导体球内部分，各点处场强为零； 球面外侧面，各点场强垂直于面元法向； P 点所在的底，各点场强大小相等，方向一致。 所以，电通量为 闭合高斯面所围净电量： 例3： 两个同心的薄导体球壳均接地，内球壳的半径为 外球壳的半径为 另有一电量为 的点电荷置于两球壳之间距球心为 处。 则内、外球壳上的感应电荷 和 分别是多少？ 中心点电势： 解： 内球壳里面无电荷，不存在电场，且内球壳接地，所以内球壳及其以内为电势等于零的等势区。 *