則空腔內(nèi)表面帶電

張甫寬

理學(xué)院物理系大學(xué)物理學(xué)電子教案靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)第7章第1節(jié)靜電場(chǎng)與導(dǎo)體的相互作用一、導(dǎo)體的靜電平衡條件E外+++++將導(dǎo)體放入外電場(chǎng)中，在導(dǎo)體的兩端消失等量異號(hào)的感應(yīng)電荷。將導(dǎo)體放入外電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將在外電場(chǎng)力的作用下，作定向漂移運(yùn)動(dòng)，引起導(dǎo)體內(nèi)的電荷重新分布，在導(dǎo)體的兩端消失等量異號(hào)的感應(yīng)電荷。這種現(xiàn)象稱為靜電感應(yīng)。導(dǎo)體到達(dá)靜電平衡狀態(tài)：+++++++E外E感感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)的特征是電荷的宏觀運(yùn)動(dòng)完全停頓。⑴導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。⑵導(dǎo)體外表四周的場(chǎng)強(qiáng)方向處處與外表垂直。靜電平衡條件1、導(dǎo)體是等勢(shì)體，導(dǎo)體外表是等勢(shì)面。2、導(dǎo)體內(nèi)部處處沒(méi)有未被抵消的凈電荷，凈電荷只能分布在導(dǎo)體的外表上。3、導(dǎo)體外表面附近處的場(chǎng)強(qiáng)大小與導(dǎo)體表面在該處的面電荷密度的關(guān)系為二、處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的性質(zhì)等勢(shì)體等勢(shì)面導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體外表討論1〕實(shí)心導(dǎo)體2〕腔內(nèi)沒(méi)有電荷的空腔導(dǎo)體電荷只能分布在導(dǎo)體的外表上。S空腔內(nèi)外表無(wú)電荷，電荷只能分布在外外表上。qS3〕腔內(nèi)有電荷q1的空腔導(dǎo)體未引入q1時(shí)放入q1后+假設(shè)設(shè)空腔導(dǎo)體帶電q2，則空腔內(nèi)外表帶電–q1，外外表帶電q1+q2外表四周作足夠小的圓柱形高斯面尖端放電尖端場(chǎng)強(qiáng)特殊強(qiáng)，足以使四周空氣分子電離而使空氣被擊穿，導(dǎo)致“尖端放電”。三、靜電屏蔽接地封閉導(dǎo)體殼〔或金屬絲網(wǎng)〕外部的場(chǎng)不受殼內(nèi)電荷的影響。封閉導(dǎo)體殼〔不管接地與否〕內(nèi)部的電場(chǎng)不受外電場(chǎng)的影響；++++電荷守恒定律靜電平衡條件電荷分布四、有導(dǎo)體存在時(shí)場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)的計(jì)算例2.R1R2R3qQ求①電荷及場(chǎng)強(qiáng)分布；球心的電勢(shì)②如用導(dǎo)線連接A、B，再作計(jì)算解:由高斯定理得電荷分布場(chǎng)強(qiáng)分布球心的電勢(shì)

場(chǎng)強(qiáng)分布球殼外外表帶電②用導(dǎo)線連接A、B，再作計(jì)算連接A、B，中和練習(xí):兩金屬板帶電分別為q1、q2求：1、2、3、4有極分子：無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí),分子正負(fù)電荷中心不重合無(wú)極分子：無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí),分子正負(fù)電荷中心重合CH+H+H+H+正負(fù)電荷中心重合甲烷分子+正電荷中心負(fù)電荷中心H++HO水分子——分子電偶極矩第2節(jié)靜電場(chǎng)與電介質(zhì)的相互作用

一、電介質(zhì)的極化

1、無(wú)極分子的位移極化無(wú)外電場(chǎng)時(shí)加上外電場(chǎng)后+++++++極化電荷極化電荷2.有極分子的轉(zhuǎn)向極化+++++++++++++++++++++++++++無(wú)外電場(chǎng)時(shí)電矩取向不同兩端面出現(xiàn)極化電荷轉(zhuǎn)向外電場(chǎng)加上外場(chǎng)二、有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理1、電位移矢量真空中介質(zhì)中電位移通量：2、有介質(zhì)時(shí)高斯定理通過(guò)任意閉合曲面的電位移通量，等于該閉合曲面所包圍的自由電荷的代數(shù)和。設(shè)一平行板電容器，極板上的自由電荷面密度分別為。極板間充滿了相對(duì)電容率為的電介質(zhì)。+++++

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ABCDS求：（1）空間上任一點(diǎn)的D和E；（2）導(dǎo)體球的電勢(shì)V。例3.導(dǎo)體球半徑為，帶電量為，球外電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)為。解：〔1〕應(yīng)用高斯定理〔2〕導(dǎo)體球的電勢(shì)第3節(jié)

電容電容器一、孤立導(dǎo)體的電容孤立導(dǎo)體：四周沒(méi)有其他導(dǎo)體和帶電體例：孤立導(dǎo)體球的電容C=4

0R電容——使導(dǎo)體上升單位電勢(shì)所需的電量。定義：二、電容器的電容定義：1、平行板電容器：S、d、02、球形電容器已知爭(zhēng)論孤立導(dǎo)體的電容3、圓柱形電容器已知：〔3〕依據(jù)電容定義，求C。計(jì)算電容的方法及步驟：〔1〕設(shè)兩極板帶電+q，-q，用高斯定理求場(chǎng)強(qiáng)分布。（2）由，求。第4節(jié)電場(chǎng)的能量一、電容器儲(chǔ)存的能量

任一時(shí)刻終了時(shí)刻外力做功電容器的電能二、電場(chǎng)的能量電場(chǎng)能量體密度——單位體積中的電場(chǎng)所儲(chǔ)存的能量1、對(duì)平行板電容器電場(chǎng)存在的空間體積對(duì)