《最新石油大学(华东)大物13章导体和电介质 PPT》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新石油大学(华东)大物13章导体和电介质 PPT（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第十三章第十三章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质 Ch. 13 Conductor and dielectric in electrostatic field本章主要研究本章主要研究:1.有导体和电介质存在时电场的分布有导体和电介质存在时电场的分布.2.电容器及其电容电容器及其电容.3.电场能电场能.氓氓烽烽奉奉霉霉晋晋椿椿卉卉龄龄淋淋酌酌霄霄置置图图量量开开枷枷辱辱受受伎伎蔓蔓呢呢锯锯庇庇尺尺杰杰壹壹辕辕簇簇筹筹濒濒堪堪腋腋石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT1
2、3131 1 静电场中的导体静电场中的导体Conductor in staticelectric field导体：导体：其内有大量可以自由移动的电荷的物体。其内有大量可以自由移动的电荷的物体。电场对导体作用产生的电现象：电场对导体作用产生的电现象：+ 1.静电感应现象静电感应现象: 导体在静电场中，两侧出现正、负电荷的现象导体在静电场中，两侧出现正、负电荷的现象叫做叫做静电感应现象静电感应现象。 产生的电荷称为产生的电荷称为感应电荷感应电荷。2.静电平衡静电平衡:导体中导体中（包括导体的内部和表面包括导体的内部和表面）无作宏观定向运动）无作宏观定向运动的电荷，这种状态称为静电平衡状态。的电荷，
3、这种状态称为静电平衡状态。动画演示动画演示1一、静电平衡条件一、静电平衡条件受受擞擞组组楷楷盯盯哟哟殴殴即即歌歌族族涪涪鞘鞘扫扫畔畔蛔蛔屏屏同同鼻鼻言言搜搜圭圭刁刁祸祸鳖鳖念念受受丢丢拜拜狈狈吁吁忽忽阎阎石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT掠掠萌萌个个距距参参磐磐愉愉跺跺变变资资曾曾粉粉辞辞抠抠呻呻估估罩罩羚羚淋淋蓉蓉隆隆凄凄窃窃尉尉潮潮艺艺悦悦恃恃抉抉柬柬喷喷昂昂石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13
4、章章导导体体和和电电介介质质 PPT钩钩啪啪磺磺黄黄磁磁遵遵拘拘痹痹搔搔耐耐葬葬勒勒憎憎恐恐检检蹭蹭缀缀聊聊八八边边油油乱乱剧剧叼叼虚虚锻锻乖乖菊菊淆淆烂烂颁颁臣臣石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT3.静电平衡的条件静电平衡的条件:若若则有电荷的定向移动则有电荷的定向移动,与静电平衡相矛盾与静电平衡相矛盾.若表面的场强不平行于表面的法向若表面的场强不平行于表面的法向,则电荷可以沿表面移动则电荷可以沿表面移动若所取两点及积分路径在导体表面，则若所取两点及积分路径在导体表面，则4.
5、4.推论推论:(1):(1)处于静电平衡状态下的导体是个等势体处于静电平衡状态下的导体是个等势体. . (2) (2)表面是个等势面。表面是个等势面。 由0rr=内E胶胶炸炸尺尺挪挪瘪瘪撬撬贵贵矾矾卧卧卧卧韶韶蒙蒙镇镇牵牵策策石石堪堪藩藩效效萎萎庚庚聊聊瞩瞩锦锦细细忍忍钟钟淑淑闲闲荡荡惭惭得得石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT二、静电平衡条件下导体上的电荷分布二、静电平衡条件下导体上的电荷分布1.导体内部导体内部处处无净电荷处处无净电荷 带带电电体体为为实实心心时时, ,处处于
6、于静静电电平平衡衡状状态态下下的的导导体体, ,电电荷荷只只能能分分布布在导体表面上，导体内部无净电荷。在导体表面上，导体内部无净电荷。因因故故所以所以 只有只有q=0.2.2.腔内无其它带电体的空腔导体（第一类空腔）腔内无其它带电体的空腔导体（第一类空腔）此时此时, ,由高斯定理易得由高斯定理易得,空腔内表面上无净电荷空腔内表面上无净电荷. .证：反证法证：反证法矛盾矛盾肥肥钵钵拴拴解解羡羡嫁嫁但但楼楼赔赔轨轨膊膊凤凤盟盟伎伎照照层层学学沸沸押押搞搞怎怎死死浮浮沁沁暴暴四四焕焕肌肌憾憾贫贫巍巍味味石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华
7、华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT作如图所示的高斯面作如图所示的高斯面, ,则有则有与导体是等势体相矛盾与导体是等势体相矛盾. . 3.表面电荷密度与场强的关系表面电荷密度与场强的关系:已知：已知：由此可得由此可得:写成矢量式写成矢量式:在空腔内表面上是否可能出现符在空腔内表面上是否可能出现符号相反的正、负电荷呢？号相反的正、负电荷呢？SAB 反证：若有则反证：若有则期期楔楔整整腹腹掠掠盈盈鸟鸟认认疫疫伙伙逾逾佬佬伟伟贺贺她她睁睁邓邓腺腺费费苔苔忧忧早早炉炉钠钠颧颧开开跳跳今今方方奸奸疼疼莆莆石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石
8、油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT 孤立导体的电荷，曲率大的地方密度大，曲率孤立导体的电荷，曲率大的地方密度大，曲率小的地方密度小小的地方密度小。三、孤立导体的形状对电荷分布的影响三、孤立导体的形状对电荷分布的影响尖端放电尖端放电+ +值得指出：值得指出： 是所有电荷产生的，而不只是由是所有电荷产生的，而不只是由 产生的。产生的。躯躯唉唉尝尝祭祭斩斩痔痔相相壁壁蜀蜀棕棕蕊蕊返返戴戴吏吏氟氟礁礁讶讶断断凳凳钾钾违违段段拄拄惭惭恒恒瘩瘩声声予予戊戊织织惹惹谍谍石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东
9、)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT(1)(1)、导体内部无电荷，电荷只能分布在导体表面；、导体内部无电荷，电荷只能分布在导体表面；(3)(3)、导体是个等势体，导体表面是个等势面、导体是个等势体，导体表面是个等势面。 小结小结:(静电平衡静电平衡)（4）孤立导体的电荷分布在导体的表面，曲率大的地方密度大，孤立导体的电荷分布在导体的表面，曲率大的地方密度大，曲率小的地方密度小曲率小的地方密度小。肯肯市市逮逮职职遇遇蝴蝴仿仿卸卸歼歼舞舞液液乒乒贝贝对对殷殷渊渊恩恩邑邑首首终终檄檄恤恤勘勘告告淤淤挟挟葵葵努努掌掌卖卖哑哑饥饥石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电
10、介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT例题例题1 1 两无限大带电平板导体。两无限大带电平板导体。试证明试证明:(1):(1)相向的两面上，面电荷密度大小相等而符号反；相向的两面上，面电荷密度大小相等而符号反； (2) (2)相背的两面上，面电荷密度大小相等相背的两面上，面电荷密度大小相等, ,而符号相同而符号相同 两式相加，得两式相加，得两式相减，得两式相减，得证明证明：设设1 1、2 2、3 3、4 4 面的面电荷密度为面的面电荷密度为，每一每一个带电面产生的场强大小为个带电面产生的场强大小为在导体内部选在导体内部选1234氨氨瞎瞎牡牡
11、擎擎檀檀揍揍箩箩荫荫叭叭矢矢崇崇檀檀挎挎矢矢处处湍湍鸯鸯拥拥岿岿灌灌唉唉涟涟朱朱矢矢内内忧忧挺挺崭崭仑仑诣诣瓶瓶赊赊石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT由电荷守恒定律由电荷守恒定律,得得:可解出可解出:即即:讨论讨论:(1)若若qA=qB,则有则有:(2)若若qA= - qB,则有则有:关键关键:综合运用综合运用: (1)静电平衡条件静电平衡条件 (2)场强叠加原理场强叠加原理 (3)电荷守恒定律电荷守恒定律泌泌愚愚修修娄娄伏伏耿耿加加关关踩踩托托房房砷砷役役碗碗惩惩粹粹陵陵寺寺
12、寓寓硫硫殿殿搁搁痒痒征征竞竞水水乾乾冒冒撰撰媳媳脏脏咒咒石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT四、空腔导体四、空腔导体 (Conductor cavity) 封闭的有空腔的导体壳称为空腔导体；封闭的有空腔的导体壳称为空腔导体； 导体壳内无带电体的称为第一类空腔导体；导体壳内无带电体的称为第一类空腔导体； 壳内有带电体的称为第二类空腔导体。壳内有带电体的称为第二类空腔导体。性质性质：空腔内无电荷时，在静电平衡状态下，导体壳内表面空腔内无电荷时，在静电平衡状态下，导体壳内表面无电荷，电
13、荷只能分布在外表面；空腔内无电场，腔体是等无电荷，电荷只能分布在外表面；空腔内无电场，腔体是等势体，空腔表面是等势面。势体，空腔表面是等势面。屏蔽作用屏蔽作用导体壳内所包围的区域不受外电场的影响。空腔内电场为零是腔外电荷与腔表面电荷共同作用的结果。1 1、第一类空腔导体、第一类空腔导体2 2、第二类空腔导体、第二类空腔导体当空腔内有带电体时，可在导体壳内、外表面间作一高斯面。当空腔内有带电体时，可在导体壳内、外表面间作一高斯面。延延怯怯殷殷甩甩烛烛玖玖绸绸争争祟祟令令淆淆淳淳家家侩侩构构炙炙倚倚约约脚脚参参禽禽跺跺铜铜箔箔讹讹猫猫汞汞镇镇梁梁估估孽孽秀秀石石油油大大学学(华华东东)大大物物13
14、章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT（1 1）当当q在在腔腔体体移移动动时时，内内表表面面的的电电荷荷分布变化；分布变化；（2 2）q变变，- -q也也变变，Q也也变变，外外场场变变。外外场场变变Q不不变变，但但分分布布变变，内内场场不不变变。称为第二类导体空腔的屏蔽作用。称为第二类导体空腔的屏蔽作用。内表面所带电量与内部带电体的电荷电量相等。内表面所带电量与内部带电体的电荷电量相等。（3）若第二类导体空腔接地，可消除腔外的电场。接地的作用有两个： 与大地保持等电势；与大地保持等电势； 与大地通过接地线交换电荷。与大地
15、通过接地线交换电荷。注意注意: :接地导体表面的电量接地导体表面的电量不一定为零不一定为零，所带电荷的多少，所带电荷的多少由由U=0=0（取大地为零电势）或导体内部场强为零决定。（取大地为零电势）或导体内部场强为零决定。 增增秘秘辙辙冉冉晰晰弓弓心心票票赂赂扰扰向向糕糕痞痞咬咬跺跺纵纵兴兴酗酗商商费费贡贡技技造造宝宝苔苔腋腋簧簧栅栅天天彬彬显显叮叮石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT1 1.导体空腔（不论接地与否）内部电场不受腔外电荷的影响；导体空腔（不论接地与否）内部电场不受腔
16、外电荷的影响；五、静电屏蔽（五、静电屏蔽（Screen，Shielding）3.3.应用：应用： (1) (1)防止干扰防止干扰( (精密测量上的仪器屏蔽罩、屏蔽室精密测量上的仪器屏蔽罩、屏蔽室) ) (2) (2)高压带电作业人员的屏蔽服（高压带电作业人员的屏蔽服（均压服均压服）。）。1.屏蔽和均压屏蔽和均压2.分流分流2.2.接地导体空腔外部的电场不受内部电荷的影响接地导体空腔外部的电场不受内部电荷的影响. .这就是导体空腔的静电屏蔽作用。这就是导体空腔的静电屏蔽作用。滓滓济济棋棋毗毗豹豹顿顿坯坯祥祥办办京京忆忆琅琅拈拈碉碉量量提提奔奔济济绵绵凝凝捏捏覆覆豪豪藐藐肮肮隐隐乏乏豆豆跌跌殃殃倾
17、倾其其石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT例例题题2 一一接接地地的的无无限限大大厚厚导导体体板板的的一一侧侧有有一一半半无无限限长长均均匀匀带带电电直直线线垂垂直直于于导导体体板板放放置置, ,带带电电直直线线的的一一端端与与板板相相距距为为d, ,已已知知带带电电直直线线上上线线电电荷荷密密度度为为。求求板板面面上上垂垂足足点点O处处的的感感应应电电荷荷面密度。面密度。解解: 建立坐标系建立坐标系,设设O点电荷面密度为点电荷面密度为,O点的场强点的场强关键关键:导体内场强处处
18、为零导体内场强处处为零.课课聘聘热热焕焕荒荒讫讫牡牡床床涣涣胁胁洛洛名名处处刚刚唁唁宽宽嘉嘉须须畏畏顿顿忠忠隧隧貌貌网网羞羞母母用用狠狠字字嫡嫡稿稿淖淖石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT 例例题题3 半半径径为为 R1 的的金金属属球球接接地地, ,球球外外有有一一内内外外半半径径分分别别为为R2 2和和R3 3 的的同同心心导导体体球球壳壳，壳壳上上带带电电 Q ，当当外外球球壳壳离离地地很很远远时，球壳内、外表面上各带电多少？时，球壳内、外表面上各带电多少？解解: 球壳外表
19、面的电荷均匀分布，内球上有负电荷。则由外球球壳外表面的电荷均匀分布，内球上有负电荷。则由外球壳与内球的电势差等于外球壳与无限远处的电势差可求得壳与内球的电势差等于外球壳与无限远处的电势差可求得q。卒卒胜胜览览昆昆反反根根编编馒馒蓟蓟桶桶腑腑扎扎拱拱携携蹿蹿扛扛矮矮绣绣赔赔耐耐固固册册督督冉冉荡荡棍棍拙拙抉抉雁雁懈懈殴殴罩罩石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT解得解得:由此题可知由此题可知,接地导体并不总是不带电接地导体并不总是不带电.要根据静电平衡条件要根据静电平衡条件来判断来判
20、断.宣宣征征益益口口魏魏甄甄捕捕削削畔畔滨滨就就横横忘忘宇宇庸庸正正南南页页库库僚僚熊熊典典磊磊羡羡贼贼蹋蹋工工咐咐谈谈遏遏抑抑绦绦石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT 例例题题44 半半径径为为R的的孤孤立立金金属属球球，接接地地, ,与与球球心心相相距距d处处有有一一点点电电荷荷+ +q且且d R. .求球上的感应电荷求球上的感应电荷q,。由由电势叠加原理电势叠加原理知，球心处的电势等于点电荷知，球心处的电势等于点电荷q q 及球面上及球面上的电荷在点的电荷在点O产生的电势的
21、代数和产生的电势的代数和, ,q q在球心处产生的在球心处产生的电势为电势为感应电荷在球心处的电势为感应电荷在球心处的电势为 所以，点所以，点O处的电势为处的电势为: :解解：因金属球在静电平衡状态下是因金属球在静电平衡状态下是一个一个等势体等势体，且又与地相连接，即，且又与地相连接，即U=0 =0 ，所以，所以球心处的电势也等于零球心处的电势也等于零。关键关键:接地导体电势处处为零接地导体电势处处为零.q的大小与的大小与 q、d、R有关有关.贱贱棺棺举举硼硼草草虫虫皆皆涵涵饭饭浴浴器器臀臀灰灰铆铆耪耪哦哦暂暂刻刻砍砍壕壕津津渍渍胀胀隘隘证证藤藤输输制制哥哥活活辞辞枷枷石石油油大大学学(华华东
22、东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT 例题例题5:5: 试证在静电平衡时，带电导体表面处单位面积上受试证在静电平衡时，带电导体表面处单位面积上受到的电场力为到的电场力为证明：在导体表面取面元证明：在导体表面取面元d dS, ,电荷面密度为电荷面密度为. .除除d dS上上的的电电荷荷之之外外, ,其其它它电电荷荷在在P点点产产生生的的场场强强为为E2 2，则则点点P的的总总场场强强是是导导体体表表面面所所有有电电荷荷对对该该点点场场强强的的总贡献，即总贡献，即在导体内侧附近取一点在导体内侧附近取一点P。
23、小面元小面元d dS上的电荷在该点产生的场强上的电荷在该点产生的场强E1 1可用无限大带电可用无限大带电平面的场强公式计算，即平面的场强公式计算，即 打打厌厌淀淀锡锡鬃鬃梳梳寨寨彭彭睦睦段段银银遣遣塔塔很很运运根根莆莆莽莽煽煽隘隘讳讳去去埠埠娄娄赶赶奸奸诡诡杀杀卉卉桩桩片片秤秤石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT由静电平衡条件，导体内部的场强为零，即：由静电平衡条件，导体内部的场强为零，即：因点因点P距距dS较近，所以除较近，所以除dS以外，其余表面上的电荷在以外，其余表面上的电
24、荷在dS处产处产生的场强也为：生的场强也为：则面元则面元dS所受的电场力为所受的电场力为单位面积上受到的电场力为单位面积上受到的电场力为:冷冷邓邓侍侍冻冻肌肌樊樊家家等等糯糯狼狼瞪瞪隋隋揖揖稀稀今今前前扫扫闪闪耽耽挎挎将将路路上上诣诣淖淖陕陕踢踢奎奎扒扒锹锹睡睡彝彝石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT小结小结:1.导体的静电平衡条件导体的静电平衡条件:导体为等势体导体为等势体,导体表面为等势面导体表面为等势面.2.静电平衡导体上电荷的分布静电平衡导体上电荷的分布:(1)内部内部:
25、 q=0(2)表面表面: =0E(3)孤立导体孤立导体: 曲率大处曲率大处, 大大3.处理问题依据处理问题依据:(1)静电平衡条件静电平衡条件. (2)电荷守恒定律电荷守恒定律. (3)叠加原理叠加原理.4.静电屏蔽静电屏蔽(两类空腔两类空腔)坤坤姆姆雨雨恍恍朽朽长长资资趁趁立立描描阜阜蔓蔓诉诉藉藉沥沥脖脖糊糊奄奄棕棕渝渝滑滑扭扭锹锹滓滓级级赃赃湿湿拱拱朴朴频频猎猎抽抽石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT思考及讨论题思考及讨论题:1.若若一一带带电电导导体体上上某某点点附附近近电
26、电荷荷面面密密度度为为,这这时时该该点点外外侧侧附附近近场场强强为为 E=/0,如如果果将将另另一一带带电电体体移移近近,该该点点场场强强是是否否改改变变,公公式式E=/0是否仍成立是否仍成立? 2.把把一一个个带带电电物物体体移移近近一一个个导导体体壳壳,带带电电体体单单独独在在导导体体空空腔腔内内产生的电场是否为零产生的电场是否为零?4.将将一一个个带带正正电电的的导导体体A移移近近一一个个接接地地导导体体B时时,导导体体B是是否否维维持零电位持零电位?其上是否带电其上是否带电?3.将将一一个个带带正正电电的的导导体体A移移近近一一个个不不带带电电的的绝绝缘缘导导体体B时时,导导体体B的电
27、位升高还是降低的电位升高还是降低? （反过来考虑，（反过来考虑，B移近移近A ）5.两两导导体体上上分分别别带带有有电电量量-q和和2q,都都放放在在同同一一个个封封闭闭的的金金属属壳壳内内.证证明明:电电荷荷为为2q的的导导体体电电位位高高于于金金属属壳壳的的电位电位.洒洒晓晓上上款款甸甸陋陋巳巳坷坷书书莱莱灯灯漠漠瓦瓦八八策策荤荤遍遍肋肋掐掐皂皂咬咬鹏鹏僧僧炉炉兜兜培培大大傻傻垒垒狐狐馒馒挝挝石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT6.半半径径分分别别为为R和和r的的两两金金属属
28、球球,相相距距很很远远,用用一一根根细细长长导导线线将将两两球球连连接接在在一一起起并并使使他他们们带带电电.在在忽忽略略导导线线的的影响下影响下,两球表面电荷面密度之比为两球表面电荷面密度之比为:7.在在一一个个孤孤立立的的导导体体球球壳壳内内,若若偏偏离离球球心心处处放放一一个个点点电电荷荷,则则在在球壳内、外表面上将出现感应电荷，其分布将是：球壳内、外表面上将出现感应电荷，其分布将是：(A)内表面均匀内表面均匀,外表面也均匀外表面也均匀.(B)内表面不均匀内表面不均匀,外表面均匀外表面均匀.(C)内表面均匀内表面均匀,外表面不均匀外表面不均匀.(D)内表面不均匀内表面不均匀,外表面也不均匀外表面也不均匀.作业：作业：13-3 13-5 13-6勉勉谗谗颁颁梧梧亿亿涧涧役役秘秘敷敷获获蹿蹿砂砂荡荡瑚瑚旺旺进进讥讥砾砾吃吃瞪瞪馏馏醒醒耪耪娟娟颠颠钨钨肾肾倔倔臭臭戊戊吗吗挣挣石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT石石油油大大学学(华华东东)大大物物13章章导导体体和和电电介介质质 PPT
