大学物理基础中册课件教学课件 ppt 作者 刘炳胜 李海宝 郭铁梁 主编第9章.pptx

大学物理基础（中） 第9章 导体电学 第9章 导体电学9.1导体的静电平衡性质9.2电容器和电容9.3范德格拉夫起电机9.4稳恒电流9.5电动势9.6恒定电流电路定律基本要求1.理解静电场中导体处于静电平衡的条件和特征,能够利用静电平衡的条件和特征分析处于静电平衡状态下导体的电荷分布；2.了解静电屏蔽和尖端放电现象在工程技术领域中的应用；3.能够计算简单电容器的电容；4.了解恒定电流产生的条件；理解电流密度的概念；理解电动势的概念；5.理解基尔霍夫电路定律，能够利用基尔霍夫电路定律分析和计算电路中支路的电流和电势差；6.理解全电路欧姆定律。基本要求重点难点1.重 点（1）静电平衡的条件和特征；（1）基尔霍夫电路定律；电动势2.难 点（1）静电平衡状态下导体的电荷分布分析；（2）基尔霍夫电路定律重点难点9.1 导体的静电平衡性质静电平衡1导体的静电平衡性质2静电平衡下导体上的电荷分布3避雷针4静电屏蔽59.1.1 静电平衡 导电性能很好的材料，例如各种金属、电解质溶液，称为导体。图9-1 金属导体电结构9.1.1 静电平衡 （a）自由电子定向运动 （b）静电平衡状态图9-2均匀导体的静电平衡形成过程9.1.2 导体的静电平衡性质图9-3均匀导体的静电平衡以及平衡后对电场的影响9.1.2 导体的静电平衡性质达到静电平衡时的导体将会有以下特征，或者说导体达到静电平衡必须满足以下条件：（1）导体内部任一点的场强均为零；（2）导体表面上任一点的场强均垂直于该点的表面；（3）导体是一个等势体，其表面是一个等势面。9.1.2 导体的静电平衡性质图9-4几种导体静电平衡时所形成的等势体9.1.2 导体的静电平衡性质我们可以做一个简单证明：如图9-5所示，如果导体表面电场强度有切向分量，则自由电子将沿导体表面有宏观定向运动，导体未达到静电平衡状态，和命题条件相矛盾。导体是等势体，是因为对于导体中的任何两点P、Q有图9.5导体表面电场强度9.1.3 静电平衡下导体上的电荷分布9.1.3 .1 实心导体 处于静电平衡时实心导体内部各处净电荷（自由电荷的代数和）处处为零，电荷只能分布在表面。（a）实心导体 （b）带空腔导体图9-6 静电平衡时导体上电荷的分布9.1.3 静电平衡下导体上的电荷分布由高斯定理可知，此曲面内电荷的代数和为零。即由静电平衡条件Em=0，所以由高斯定理： 得 9.1.3 静电平衡下导体上的电荷分布9.1.3.2 空腔导体如果在空腔中间有一电荷+q，在导体内取一高斯面，则由静电平衡时，导体内部的场强为零，可知通过此高斯面的电场强度通量为零，因而高斯面所包围的电荷的代数和为零，故可得空腔的内表面有感生电荷-q，空腔的外表面有感生电荷。9.1.3 静电平衡下导体上的电荷分布图9-7 空腔内有电荷时电荷的分布9.1.3 静电平衡下导体上的电荷分布9.1.3.3面电荷密度 与该表面紧邻处电场强度E的关系以 表示导体表面P点附近的面电荷密度，根据高斯定理则有因此有 (9.1)图 9-8紧邻导体表面的电场强度9.1.3 静电平衡下导体上的电荷分布例9.1 两块平行且面积相等的导体板，其面积S比两板间距离d的平方大很多，所带电量分别为qA、qB，求静电平衡时两板各表面上的电荷面密度。 解：图 9-9 例9.1用图9.1.3 静电平衡下导体上的电荷分布9.1.3.4面电荷密度 与各处表面的曲率半径的关系由于两球相距很远，可以近似的认为它们是相互孤立的导体，又由于由导线连接，所以其电势相等，则有得 (9.3)9.1.3 静电平衡下导体上的电荷分布（a）半径分别为R1和R2带电导体球 （b）带电金属尖端图9-10 静电平衡状态下电荷分布9.1.3 静电平衡下导体上的电荷分布图9.11电风吹蜡烛9.1.4 避雷针雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。在任何给定时刻，世界上都有1800场雷雨正在发生，每秒大约有100次雷击。图9.12雷电的形成9.1.4 避雷针在需要防护的高大建筑物上安装避雷针，是防范雷击的有效措施。图9.13 安装在建筑物上的避雷针9.1.5 静电屏蔽静电屏蔽的原理：一个接地的空腔导体可以隔离内、外电场的影响，实现全屏蔽。图9-13空腔外表面接地9.1.5 静电屏蔽在静电平衡状态下，不论是空心导体还是实心导体；不论导体本身带电多少，或者导体是否处于外电场中，必定为等势体，其内部场强为零，这是静电屏蔽的理论基础。图9-14 屏蔽袋中的电脑硬盘9.1.5 静电屏蔽例9.2 有一外半径为R1、内半径为R2的金属球壳，其内有一同心的半径为R3的金属球。球壳和金属球所带的电量均为q。求两球体的电势分布。图9.15 例9.2用图9.1.5 静电屏蔽解：球壳表面的电势为球壳为等势体，电势