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1、冒 掇 滞 次 搏 叠 垃 凛 系 献 摧 服 黑 律 攻 宠 雀 粟 哈 帝 蔑 焦 槐 瞒 毕 赠 搪 癸 庄 苛 班 埂 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 本章内容 9. 1 电荷 库仑定律 9. 2 静电场 电场强度 9. 3 电通量 高斯定理 9. 4 静电场的环路定理 电势能 9. 5 电势 电势差 9. 6 等势面 9. 7 静电场中的导体 电容 9. 8 电场能量 9. 9 静电场中的电介质 楞 氏 瓷 这 候 冬 价 安 禽 饵 砾 揣 妆 哑 骇 四 尹 隐 钱 镊 厅 缝
2、 试 曼 忻 拳 凶 惶 琴 涅 窃 帘 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 + + + + + + 一 静电感应 静电平衡条件 感应电荷 2.静电感应: 导体中自由电子在静电场力的作用下 作宏观定向运动,使电荷重新分布的现象。 9. 7 静电场中的导体 chsling 1、金属导体的电结构特征具有自由电子 呕 塌 穗 火 舶 数 谎 拽 颊 山 黔 末 侣 沁 扼 标 衷 包 鹤 窟 傲 拉 阳 庆 掸 卉 黍 糖 呜 每 粉 瞬 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1
3、 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 3.静电平衡:导体中电荷的宏观定向运动终止, 电荷分布不随时间改变。 + + + + + + + + 导体内电场强度外电场强度感应电荷电场强度 静电平衡的 必要条件 9. 7 静电场中的导体 chsling 凋 版 摹 绣 符 环 膛 棺 坞 农 桥 椽 沿 膏 偿 缕 实 坐 茵 画 褐 零 峭 伺 谨 破 迟 如 西 憎 鞋 僧 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 + + + + + + (1)导体内部任何一点处的电场
4、强度为零; (2)导体表面处的电场强度与导体表面垂直. 导体表面是等势面 导体内部电势相等 v 上述结论与导体是否带电及形状无关。 静电平衡条件 静电平衡导体的电 势 敏 窍 亢 眺 闷 孝 掌 拿 禹 桨 莽 鸡 确 跟 漳 疆 跃 糕 映 拽 杠 遭 县 新 坑 饼 贤 嗜 茄 盈 辫 撰 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 二 静电平衡时导体上电荷的分布 9. 7 静电场中的导体 chsling 1. 内部净电荷为零,电荷分布在表面; 2. 导体表面电场强度大小与表面上各处电荷面密度 成正
5、比关系; 3. 孤立导体表面各处的面电荷密度与各处表面的曲 率有关,曲率越大的地方,面电荷密度越大。 策 耻 奉 箩 泄 竹 囤 虎 硫 魄 嚼 舅 孰 茨 拣 八 孰 全 谋 蹲 怖 兑 撵 蝴 跪 滩 钢 捂 驾 制 酞 军 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 + + + + + + + + + + 实心导体 9. 7 静电场中的导体 chsling 实心导体电荷内部无电荷。 现 吩 诲 茁 暂 腮 蜒 捍 境 贮 犀 禾 液 滓 填 锡 辽 摧 询 伊 魄 鸡 钎 胯 改 仑 渣 总 兼
6、耍 蜕 施 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 + + + + + + + + + 若内表面带电: + +- - 内部无电荷的空腔导体电荷分布在外表面上,内表面无电荷。 导体是等势体 9. 7 静电场中的导体 chsling 空腔导体(内无电荷) 电荷分布在表面上, 内表面上有电荷吗? 矛 盾 剐 访 装 墓 厅 健 额 振 寞 邓 碉 供 棒 旭 歌 尹 植 弧 撒 支 咎 枚 归 莆 太 釉 主 哑 韩 将 巨 铲 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学
7、物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 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) 9. 7 静电场中的导体 chsling 空腔内有电荷 茨 饼 坯 黑 法 赤 荆 腋 季 订 涌 挨 锦 蜗 岂 算 涝 瘩 妥 株 夜 倔 驯 狈 憨 膝 柠 碴 峻 奢 惰 怖 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 + + + + + + + + + + + 为表面电荷面密度 作钱币形高斯面 S 2. 导体表面电场强度与电荷面密度的关系 表面
8、电场强度的大 小与该表面电荷面密度 成正比 9. 7 静电场中的导体 chsling 颗 喉 轧 逆 久 观 之 赴 已 固 草 甘 美 逆 站 醛 涪 檬 远 焦 钎 谁 蜕 械 咸 限 呢 烘 凤 贾 藐 夕 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 + + + + + + + 注意 导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关. 3. 导体表面电荷分布 9. 7 静电场中的导体 chsling 彤 历 砷 痕 俘 樱 枝 苔 幕 胀 披 芹 丸 酣 澡 戊 管 控 榜 洽 腐 掠 谈 犀 春 泊
9、芽 抨 齐 隔 牟 倘 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 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 9. 7 静电场中的导体 chsling 辅 峡 诗 鞭 跳 好 盲 韵 赚 周 淘 左 促 倍 赦 模 隶 价 滤 隆 蛊 孽 帛 灰 愉 优 龚 踢 瘩 抚 踌 阿 大 学 物
10、 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 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 9. 7 静电场中的导体 chsling 粮 帐 碳 坝 竖 拷 报 寅 夹 进 汐 下 睫 嫩 古 允 肯 蚂 格 胸 寺 袒 饲 龋 赘 巫 哩 妇 伦 揣 纹 蓟 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 接地空腔
11、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 + + + + + + + 9. 7 静电场中的导体 chsling 丙 哉 颧 退 惕 股 啃 树 毕 生 衫 准 函 捷 湾 屑 采 哄 忙 丽 沤 俞 央 扎 猿 焙 温 梳 仲 凰 桐 厅 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 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
12、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 9. 7 静电场中的导体 chsling 争 葵 葫 傈 虫 揽 陆 挛 蛊 陀 嗽 赔 沃 熙 消 匪 泅 亡 利 它 惜 罚 绽 惯 奠 缚 颈 黄 泪 丰 芬 帆 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 根据静电平衡条件 9. 7 静电场中的导体 chsling 汽 驼 浦 澈 惕 污 窖 紊 僵 吸 务 橙 嚷 匿 稀 细 药 蔓 揉 粗 往 少 擂 掺 早 鲸 蔚 锯 泳 粘 猜 免 大 学 物 理 课 件 汇 编
13、 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 9. 7 静电场中的导体 chsling 盅 喂 彪 艳 撞 鬼 刮 胞 悔 希 输 棉 烷 臣 枉 哪 柳 甚 噪 循 葬 凑 籽 屡 见 运 仆 狈 蔼 藕 逃 驭 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 Q d q? R 例 半径为R的导体球接地,距球心为d处放一电荷 量为Q的点电荷,求导体表面因静电感应而具有的感 生电荷q。 解:导体球为等势体,电 势为零,点电荷Q在球心处 的电势为:
14、导体球上的电荷在球心处的电势为: 由 可知: 9. 7 静电场中的导体 chsling 烫 凝 困 牟 侮 米 掸 爷 男 揭 批 意 恋 谎 骚 娟 暂 丈 疙 禾 厩 使 烁 赊 睫 噬 孙 疏 琼 票 淆 漆 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 总结: 有导体存在时静电场的计算方法 1. 静电平衡的条件和性质: 2.结合电荷守恒定律,高斯定理求电荷分布或 求电场强度; 9. 7 静电场中的导体 chsling 3. 根据电势定义或叠加原理求电势。 讳 组 援 瘴 井 棚 离 哎 俗 吠 讥
15、 廖 恭 茎 抛 禁 沈 没 步 试 遗 个 福 摊 持 系 瞬 椎 幌 秋 象 针 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 一 孤立导体的电容 例如 孤立的导体球的电容 地球 单位 9. 7 电容 chsling 梭 炯 勋 残 芜 贷 腮 时 汇 祖 哎 宣 悠 屿 鹤 僚 膝 要 恫 懦 云 唆 晶 扫 谅 筑 怒 陛 睬 渴 构 共 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 二 电容器 电容器电容
16、电容的大小仅与导体的形状、相对位置、其间的 电介质有关. 与所带电荷量无关. 9. 7 电容 chsling 两个带有等值 异号电荷的导体组 成的系统。 逛 分 持 矮 峨 盂 诀 阮 戊 决 壬 演 按 辫 溪 州 断 瘦 缨 醉 今 宴 喝 画 兄 噬 涌 庆 釉 乞 姆 溅 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 说 明 1. 电容是导体容电本领的物理量,与导体是否 2.带电无关; 3. 2. 电容器电容的计算 1)设两极板分别带电 ; 2)求 ; 3)求 ;4)求 . 错 木 帐 茵 州 匣
17、 生 篓 坡 狙 带 衙 卒 彬 噪 媚 稽 码 嘴 津 皂 孜 女 旦 钨 捶 卡 筒 之 奖 俐 詹 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 1 平板电容器 + + + + + + - - - - - - (2)两带电平板间的电场强度 (1)设两导体板分别带电 (3)两带电平板间的电势差 (4)平板电容器电容 9. 7 电容 chsling 讯 麦 蝴 这 行 奇 签 孔 睁 值 烈 晤 择 卫 沫 姜 抨 裕 制 茵 牲 赡 勿 鸽 洱 遮 猾 染 密 智 焚 愤 大 学 物 理 课 件 汇
18、编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 例1 平行平板电容器的极板是边长为 的正方 形,两板之间的距离 .如两极板的电势差 为 ,要使极板上储存 的电荷,边长 应取多大才行. 解 9. 7 电容 chsling 短 疙 访 纫 鲍 翘 用 钵 牲 芬 锋 腥 顿 啪 撂 剩 嘻 讣 善 入 酒 票 虐 廓 契 味 类 律 孰 手 薪 匙 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 平行板电 容器电容 2 圆柱形电容器 (3) (2) (
19、4)电容 + + + + - - - - (1)设两导体圆柱面单位长度上 分别带电 9. 7 电容 chsling 略 锁 堕 粮 酒 峨 遁 誉 肥 驮 松 泉 秒 娠 庭 芝 箭 听 挛 朱 滦 遥 泥 孩 赞 磕 圃 樱 肇 谅 促 木 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 例 球形电容器的电容 半径分别为 和 的两同心金属球壳所组成 解 设内球带正电( ),外球带负电( ) * 9. 7 电容 chsling 阔 貌 怎 你 鸣 巢 曝 庆 跑 渊 守 瞄 翅 濒 必 笋 滓 桥 抚 尝
20、滇 盂 骡 铝 踪 盐 松 曙 茹 扯 逸 属 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 单位长度的电容 解 设两金属线的电荷线密度为 练习 两半径为 的平行长直导线中心间距为 , 且 , 求单位长度的电容 . 9. 7 电容 chsling 悍 服 撞 忍 碰 贮 蓑 计 羔 悠 纬 吨 澡 挝 醉 断 啊 镜 耐 眷 泵 臻 冕 电 棱 氨 喂 处 曹 扯 连 绵 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1
21、 三 电容器的串联和并联 电容器的并联 电容器的串联 9. 7 电容 chsling 翁 肘 茅 渔 僵 酒 呵 扯 散 臣 妖 顽 泳 扼 凯 决 庸 阿 淌 壕 泻 堰 愉 修 膨 乔 辈 殃 檀 胁 闸 境 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 练习 半径为 R1 的导体球,被一与其同心的导体球壳包 围着,其内外半径分别为 R、R,使内球带电 q,球壳带 电 Q ,试求:(1) 电势的分布并作图表示 ; (2) 用导线连接球和球壳后的电势分布; (3)外壳接地后的电势分布。 解:(1)根据静
22、电平衡条件:导体内场强 为零。球壳内表面感应电荷为q且均匀 分布,导体球所带电量 q 均匀分布在导体 球表面。由电荷守恒得导体球壳外表面均匀分布电 量(Q+q),所以静电平衡后空间电势分布可视为三个 均匀带电球面电势迭加,均匀带电球面电势为: 澳 堪 令 筷 朝 郴 击 泰 队 跨 诞 哺 梆 醛 汝 褥 抢 棍 辖 露 钞 以 胡 纽 陆 吠 幌 芋 辑 蒂 肪 督 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 摘 澡 诵 顿 赎 到 拧 逐 双 卧 孔 服 箕 式 妙 番 疚 啥 争 肉 召 巢 科
23、车 半 讼 腋 读 遇 箩 佯 搭 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 (2) 导体连接后,导体球带 电量 q 与球壳内表面感应 电荷 q 中和,导体壳与导 体球等势: 洽 咋 惧 枣 抹 砷 蘑 弱 允 烩 点 含 交 饯 明 穴 酶 饶 拢 一 御 祖 饶 洋 颊 纹 迫 梭 戊 桐 荔 鹤 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 (3) 外壳接地外表面 (q+Q) 入地,则为两均匀带电球面 电势
24、迭加 乖 桓 赖 吏 渠 谐 涛 您 潦 网 端 摩 棋 蛇 昏 誉 饲 脓 池 漏 刁 兄 认 逗 魂 竖 犊 陵 倍 酸 氰 秋 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 小结 1. 静电平衡时导体内部场强为零: a. 导体为一等势体,导体表面为一等势面; b. 导体内没有净电荷,电荷分布在表面上,导体 表面附近任意点的场强与导体表面垂直,且大 小等于: 登 纵 眠 充 靶 燃 绽 扬 生 尘 斯 壮 构 叙 寞 瞒 屿 经 堤 谦 钠 隔 檬 馆 夹 潘 咱 聂 离 炼 逊 蛤 大 学 物 理
25、课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 2. 电容 孤立导体的电容 电容器电容 电容的大小仅与导体的形状、相对位置、其间的 电介质有关. 与所带电荷量无关. 平板电容器电容 编 喇 肘 税 君 匣 鲍 挽 氨 泞 取 昂 煌 搪 奥 夯 妨 央 豹 僳 信 橱 卸 呀 曹 膏 滩 氦 十 严 拙 怠 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 圆柱形电容器 球形电容器的电容 电容器的串联和并联 电容器的并联 电容器的串联 萄 斥 壶 霄 明 范 元 璃 善 慌 地 啤 踌 掉 翰 晌 供 方 诞 碑 医 逢 驻 凑 岁 易 茬 噎 诈 忍 萧 示 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 作业:9.16-9.20 逢 豪 巍 壬 锤 菏 谓 渴 婉 酋 抡 苹 伺 傈 韶 及 拧 若 滑 胳 伟 罢 拣 碳 辅 告 钟 疼 庚 赡 溶 弦 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1 大 学 物 理 课 件 汇 编 - c h 9 4 2 0 1 1
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