导体和电介质中的静电场A.ppt

　 一.导体的静电平衡条件 1.静电感应现象 2.导体的静电平衡条件 　 (1).静电平衡条件： a.导体内部任何一点的场强为零 b.导体表面上任何一点的场强方向垂直于该点的表面 (2).等价条件： 静电平衡时，导体为等势体. 二.静电平衡导体的电荷分布 1.导体处于静电平衡时，导体内部没有净电荷，电荷只能分布在导体表面上 问题：会不会出现空腔内表面分布有等量异号电荷的情况呢？ 3.静电平衡导体，表面附近场强的大小与该处表面的电荷面密度成正比 4.静电平衡导体,表面曲率越大的地方,电荷面密度越大 　 导体放入静电场中： [例1]半径为R的不带电导体球附近有一点电荷?q，它与球心O相距d，求?导体球上感应电荷在球心处产生的电场强度及此时球心处的电势；?若将导体球接地，球上的净电荷为多少？ a.球心O处场强为零，是±q’的电场和q的电场叠加的结果 [例2]两块放置很近的大导体板，面积均为S，试讨论以下情况空间的电场分布及导体板各面上的电荷面密度.?两板所带电荷等值异号;两板带等值同号电荷；两极板带不等量电荷 解：不考虑边缘效应时，可认为板上电荷均匀分布在板表面上 a.作两底分别在两导体板内而侧面垂直于板面的闭合柱面为高斯面 (1).设两板带等值异号电荷+q 和-q： 由场强叠加原理有 ----电荷分布在极板外侧面 (3).设两极板所带电量分别为q1和q2： 由场强叠加原理有 求电场分布, 球和球壳的电势U1和U2及它们的电势差△U; 用导线将球和球壳连接时场和电势怎样? 外球壳接地时怎样? 设外球壳离地面很远, 若内球接地, 电荷如何分布? U2为多少？ 解： 球壳内表面均匀分布电荷-q，球壳外表面均匀分布电荷q+Q a.球的电势为 b.球壳的电势为 (2).外球壳接地，即U2=0 ：球壳外表面上电荷为零,但导体球表面和球壳内表面上的电荷分布不变 (3).内球接地有U1＝0 球壳电势 二.电容器 两个带有等值异号电荷的导体组成的系统----电容器 两个导体A和B放在真空中，所带电量分别为+q和-q组成电容器 1.平板电容器 2.圆柱形电容器---两同轴圆柱面构成 3.球形电容器---两同心球壳构成 3.计算电容器电容的步骤： a.设极板带有电荷?q b.由电荷分布求出两极板间的场强分布 c.由场强分布求出两极板间的电势差 d.由电容的定义求得电容器的电容 三.电容器的串并联 2.串联: [例6]电容为C的空气平板电容器，两极板间距离为d，若在此电容器中插入一相对介电系数为?r的纸片，这时电容器的电容变为C’,试证纸片厚度为 证:设极板面积为S 一.带电体的能量 三.电场的能量 1.以平板电容器为例：设极板面积为S，两极板间距离为d,板间充满介电常数为? 的电介质 3.任意电场中所储存的能量为 [例7]真空中一个半径为R的薄球壳，其上带有均匀分布的电荷Q，求静电场的总能量 静电场的总能量为 [例8]空气平板电容器的极板面积为S，极板间距为d，其中插入一块厚度为d’的平行铜板。现在将电容器充电到电势差为U，切断电源后再将铜板抽出。求抽出铜板时外力所作的功 2.抽出铜板后电容为 　 电介质：内部几乎没有可以自由运动电荷的物体，又称为绝缘体 一.电介质的分类 2.有极分子电介质：无外电场时分子正负电荷中心不重合 　 二.电介质的极化 1.无极分子的极化 　 2.有极分子的极化 三.电极化强度 (4).单位：库仑/米2 (C/m2)，与电荷面密度的单位相同 电介质中某点处的电极化强度与该点处的合场强有如下的实验关系： 　 1.设在均匀介质中，截取一个长为l，底面积为dS，体积为dV的小斜柱。斜柱的轴线与电极化强度的方向平行 2.等效电偶极子的总电矩为 五.介质内部封闭曲面内的极化电荷 六.介质中的静电场 介质中某点的场强，是由外电场和极化电荷的电场叠加而成 七.有介质时的高斯定理 电位移 1.由高斯定理有 　 [例4]半径为R 的金属球带有正电荷q0，置于一均匀无限大的电介质中(相对介电常数为?r)，求球外的电场分布，极化电荷分布和极化电荷电量 a.电介质中的电场分布为 *无极分子的极化是由于分子中的正负电荷中心在外电场作用下发生相对位移的结果 ----位移极化 诱导电偶极矩 *有极分子的极化是由于分子偶极子在外电场的作用下发生转向的结果 ----转向极化 (1).无外场时：电介质中任一小体积元?V内所有分子的电矩