導(dǎo)體的靜電平衡性質(zhì)概要課件.ppt

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1、第五章靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)第五章靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)[本章主要內(nèi)容]*靜電平衡時(shí)導(dǎo)體中的電場(chǎng)特征2、靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)[本講重點(diǎn)內(nèi)容]*介質(zhì)中的高斯定理3、電容和電容器1、導(dǎo)體的靜電平衡性質(zhì)4、靜電場(chǎng)的能量教學(xué)基本要求1、了解導(dǎo)體的靜電平衡現(xiàn)象及靜電平衡的應(yīng)用；2、理解靜電平衡兩個(gè)條件的含義，掌握有導(dǎo)體存在時(shí)場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的計(jì)算；3、了解電介質(zhì)極化現(xiàn)象及其描述方法；4、理解電位移矢量含義；5、會(huì)用電介質(zhì)中的高斯定理解決常見(jiàn)問(wèn)題；6、理解電容概念，掌握電容器電容的計(jì)算；7、掌握不同帶電體系能量的計(jì)算。靜電場(chǎng)導(dǎo)體、電介質(zhì)相互作用相互影響感應(yīng)電荷極化電荷電荷重新分布原有電場(chǎng)影響電場(chǎng)重新分布靜電場(chǎng)中的導(dǎo)

2、體和電介質(zhì)知識(shí)結(jié)構(gòu)5-1導(dǎo)體的靜電平衡性質(zhì)[本節(jié)主要內(nèi)容]1、導(dǎo)體的靜電平衡[重點(diǎn)]*靜電平衡條件2、靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布3、靜電屏蔽*靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布導(dǎo)體的電結(jié)構(gòu)(無(wú)外加電場(chǎng)時(shí))正離子——通常的金屬導(dǎo)體都是以金屬鍵結(jié)合的晶體，處于晶格結(jié)點(diǎn)上的原子很容易失去外層的價(jià)電子，而成為正離子。導(dǎo)體——導(dǎo)電性能很好的材料(金屬、電解質(zhì)溶液）自由電子——脫離原子核束縛的價(jià)電子以在整個(gè)金屬中自由運(yùn)動(dòng)，稱自由電子。金屬離子自由電子正離子以一定方式有規(guī)則排列成晶格點(diǎn)陣。有大量作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的自由移動(dòng)的自由電子。導(dǎo)體不帶電或未受外電場(chǎng)作用時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部正負(fù)電荷總量相等，從統(tǒng)計(jì)平均看,內(nèi)部處處無(wú)多余的

3、電荷累積，呈電中性。宏觀上正負(fù)電荷均勻分布,導(dǎo)體任何部分均呈電中性。沒(méi)有電荷的定向運(yùn)動(dòng),只有電子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。熱平衡特征:任意微小體積元內(nèi),自由電子的負(fù)電荷和晶體點(diǎn)陣上的正電荷的數(shù)目相等,整個(gè)導(dǎo)體或其中任一部分都顯現(xiàn)電中性.金屬導(dǎo)體特征：存在大量的自由電子。一導(dǎo)體的靜電平衡在均勻電場(chǎng)放入一導(dǎo)體的情況表面出現(xiàn)感應(yīng)電荷電荷積累到一定程度電荷不動(dòng)達(dá)到靜電平衡內(nèi)在靜電場(chǎng)力的作用下，導(dǎo)體中自由電子將作宏觀定向運(yùn)動(dòng)，使電荷產(chǎn)生重新分布，原來(lái)不顯電性的導(dǎo)體顯示出電性，這種現(xiàn)象稱為靜電感應(yīng)現(xiàn)象。出現(xiàn)的電荷稱為感應(yīng)電荷。2.導(dǎo)體的靜電平衡狀態(tài)處于電場(chǎng)中的導(dǎo)體，由于靜電感應(yīng)(電子在電場(chǎng)力的作用下做定向運(yùn)動(dòng))，導(dǎo)

4、體上出現(xiàn)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷（電場(chǎng)）的出現(xiàn)又要影響原電場(chǎng)的分布。1.靜電感應(yīng)：(電場(chǎng)與導(dǎo)體的相互作用)感應(yīng)電荷電場(chǎng)與外電場(chǎng)疊加使導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)為零，電子不再定向運(yùn)動(dòng).導(dǎo)體球外電場(chǎng)為外電場(chǎng)和感應(yīng)電荷電場(chǎng)的疊加.靜電感應(yīng):靜電平衡:導(dǎo)體內(nèi)部和表面都沒(méi)有電荷的宏觀定向運(yùn)動(dòng)。+++++++導(dǎo)體球放入電場(chǎng)后電力線發(fā)生彎曲.導(dǎo)體表面不同部分出現(xiàn)正負(fù)電荷重新分布的現(xiàn)象.問(wèn)題:達(dá)到靜電平衡時(shí)導(dǎo)體表面電荷怎樣分布?感應(yīng)電荷：因靜電感應(yīng)而在導(dǎo)體兩側(cè)表面上出現(xiàn)的電荷。導(dǎo)體(帶電或不帶電)外電場(chǎng)中的導(dǎo)體平板靜電感應(yīng)現(xiàn)象過(guò)程外電場(chǎng)作用下自由電子作宏觀定向運(yùn)動(dòng)電荷重新分布導(dǎo)體表面一端帶負(fù)電,另一端帶正電,稱感應(yīng)電荷.附加電場(chǎng)自

5、由電子宏觀定向運(yùn)動(dòng)停止.靜電平衡狀態(tài)+++++++++++++++++3.導(dǎo)體的靜電平衡條件電場(chǎng)描述反證法：若導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)有不為0的地方，該地方的自由電荷就要受到電場(chǎng)力的作用，而運(yùn)動(dòng)，即不是靜電平衡了。反證法：若導(dǎo)體表面處電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與導(dǎo)體表面不垂直，則電場(chǎng)強(qiáng)度沿表面將有切向分量，自由電子受到與該切向分量相應(yīng)的電場(chǎng)力的作用，將沿表面運(yùn)動(dòng)，這不是靜電平衡狀態(tài)了。1、導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。2、導(dǎo)體表面的場(chǎng)強(qiáng)與導(dǎo)體表面處處垂直。E+FE=0E靜電平衡時(shí)導(dǎo)體中的電場(chǎng)特征反例電勢(shì)描述1.導(dǎo)體為一等勢(shì)體2.導(dǎo)體表面是一個(gè)等勢(shì)面推論：靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體是等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面。++++++導(dǎo)體內(nèi)部電勢(shì)相等

6、導(dǎo)體表面是等勢(shì)面場(chǎng)強(qiáng):電勢(shì):1、導(dǎo)體為一等勢(shì)體2、導(dǎo)體表面是一個(gè)等勢(shì)面靜電平衡條件1、導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。2、導(dǎo)體表面的場(chǎng)強(qiáng)與導(dǎo)體表面處處垂直。靜電平衡時(shí)導(dǎo)體中的電場(chǎng)特征二靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布1、實(shí)心導(dǎo)體2、有空腔導(dǎo)體++++++++++空腔內(nèi)無(wú)電荷?高斯面是任意作出的導(dǎo)體中各處由高斯定理結(jié)論：空腔導(dǎo)體(體內(nèi)無(wú)電荷)，電荷分布在外表面上（內(nèi)表面無(wú)電荷）由高斯定理結(jié)論：靜電平衡時(shí)，凈電荷只分布在實(shí)心導(dǎo)體的表面，導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈電荷。問(wèn)：內(nèi)表面上有電荷嗎？E=0S++++++++++++++++++++?高斯面是任意作出的導(dǎo)體中各處若內(nèi)表面帶電∴內(nèi)表面不帶電++--結(jié)論電荷分布在外表面上（

7、內(nèi)表面無(wú)電荷）++++++++++矛盾導(dǎo)體是等勢(shì)體電荷分布在導(dǎo)體外表面,導(dǎo)體內(nèi)部和內(nèi)表面沒(méi)凈電荷.導(dǎo)體及空腔內(nèi)無(wú)電場(chǎng)線，場(chǎng)強(qiáng)為零，導(dǎo)體及空腔為等勢(shì)區(qū)域。問(wèn)：內(nèi)表面上有電荷嗎？靜電平衡時(shí)導(dǎo)體體內(nèi)處處E=0所以,S面內(nèi)包圍的電荷為空腔內(nèi)有電荷電荷分布在表面上問(wèn)內(nèi)表面上有電荷嗎？結(jié)論當(dāng)空腔內(nèi)有電荷+q時(shí),內(nèi)表面因靜電感應(yīng)出現(xiàn)等值異號(hào)的電荷-q，外表面增加感應(yīng)電荷+q.（電荷守恒）Q是原導(dǎo)體所帶電荷起始于