[理学]13章 静电场与物质的相互作用.ppt

例2： 平板电容器，间距 d ，充电至 u ，断开电源， 插入厚为 的相对介电常数为 ?r 的平板介质，求: 1. D、E、P、σ′。 3. 画出 D、E、P、线。 2. 电容器电势差。 4. 不断开电源，求 D、E、P 解1: 插入后 qo 不变 2. 电容器电势差 3 ?o -?o D 线 ?o -?o P 线 E 线 ?o -?o 4. u 不变 和 * 第十三章 静电场与物质的相互作用 13.1 静电场中的导体 （一）导体的静电感应与平衡 静电感应：外电场使导体上电荷重新分 布，使其表面出现感应电荷 当导体或介质放入静电场中会怎样呢？ 2.导体的静电动态平衡条件 ( 1 ) 导体內：E = 0 ( 2 ) 导体表面场强和表面垂直 ( 3 ) 整个导体是等势体,导体表面是等势面 （二）导体电荷分布 （1）电荷只能分布在表面，內部没有净电荷 （用高斯定理很容易证明） （2）电荷分布的面密度与曲率成正比 （与曲率半径成反比） 实验巳表明：弧立导体球电荷分布是均匀的 r R Q q 或 尖端放电 避雷针 高压导线 高频接头处要光滑 （三）导体表面及外侧的场强 导体表面和表面附近的场强与该表面的电荷面密度成正比 即： （1）腔中无电荷 静电感应时： 电荷只能分布在外表面 內表面处没有感应电荷 E = 0 （2）腔中有电荷 q 静电感应时： 內表面： - q 外表面： + q （等量） q （四） 空腔导体 静电屏蔽 q內 = 0 结论：外电场对导体腔内的物体没有影响 当腔內电荷： （a）位置变化时，腔內场强 变化，腔外场强不变化 （b）电量大小变化时，腔內外场强都变化 （3）静电屏蔽 当腔外壳接地时，腔內电荷对外没有影响 称：静电屏蔽 例1 已知导体，在 处，半无限 大。点电荷 qo，距 o 点为 a 。求 x a o ? qo E P （1）?(o), （2） ?(r ) 和 q , （3）电势 U 解：先考虑 P 点靠近导体內侧 R r 再考虑 P 点靠近导体外侧 由于平面对称 代入 负号为 负电荷 (1) 当 r = 0 时 感应电荷面密度为变量，取微元 （2） x r 细环的感应电量 （3） 例2：已知金属球 R1 和同心金属 球壳R2 与 R3，都带电为 q ,问电 荷分布与各区域电势分布 R1 R2 R3 解：（1）电荷分布为均匀 R1 ： 外表面 q R2： 內表面 - q 外表面 +2q q -q 2q (2)求电势解法一（电势定义求） r R3 时 R2 r R3 R1 r R2 r R1 解法二（电势叠加法） r R3 时 R2 r R3 R1 r R2 r R1 A B r R1 R2 （1） 电荷分布及A，B 球电势 （2）球壳 A 接地后又断开，重复(1) （3）接下来 B 球接地，再重复(1) 例3：已知金属球壳 A，半径R1与 R2，带电Q 金属球体 B，半径 r , 带电 q。 求： 解： 均匀分布 A 球壳 內表面：-q 外表面：Q+q B球体 外表面：q q -q Q+q 电势： （2）A球壳接地 （3）B 球体接地 电荷分布，设 B 球带电为 q A 球壳 內表面：-q 外表面：-(q - q ) UA= 0 UB= 0 q q A R1 B r R2 -q Q+q 再绝缘 -(q - q ) -q 解得： 当 R1= R2= R 时（薄球壳） 13.2 静电场中的电介质 当电介质被放入电场中时会怎样呢？ 电介质将被电极化 结果：表面出现极化电荷 （一） 电介质与电场的相互作用 1. 电介质的电结构 （1）无极分子： 等效的正负电荷中心重合 （2）有极分子： 等效的正负电荷中心不重合 （相当于 一个电偶极子） 不呈电性 在无外电场时 不呈电性 当有外电场时 被电极化 分子中的所有原子核所带正电荷用一个等效的正电 荷中心代替，所有电子用一个等效的负电荷中心代替。 2. 电介质的极化 （1）无极分子的位移极化 无外电场时 正负电荷 中心重合 有外电场时 正负电荷中心 发生相对位移 垂直电场的表面 将出现极化电荷 不呈电性 电偶极子 （2）有极分子的转向极化 无外电场时 不呈电性 有外电场时 电矩将转向 外电场方向 介质表面也将 出现极化电荷 （二） 极化强度与极化电荷 （1）极化强度 定义： 称极化强度 （2）电介质的极化率 电介质