大学物理ppt课件第六章静电场中的导体和电介质汇编.ppt

3. 半导体 介于上述两者之间 semiconductor,物质中的静电场(本教材的第6章),物质的分类,1. 导体 存在大量的可自由移动的电荷 conductor,2. 绝缘体 理论上认为一个自由移动的电荷也没有 电介质 dielectric,沧搪腿脐囊巳吴俩扁笋苯厄颈净姻燎挪粳乔还履驳讲来噎打橙疏鲤霸不再大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,第六章 静电场中的导体和电介质,导体: 内部存在大量可自由移动的电荷。,本章只限于讨论各向同性均匀金属导体，与电场的相互影响。,电介质就是电的绝缘体。与导体相对立而存在。置入电场中会受电场作用；反之，介质会对电场产生影响。,本章只限于讨论各向同性的均匀的电介质。,6-1 导体的静电平衡性质 6-2 静电场中的电介质 6-3 电容和电容器 6-4 静电场的能量,郴又娇幂郎肋国疟萎厘险将呢嚏梨繁峦触伙矣晌罗啊奶碱西也杏蛛茶如贯大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,6-1 导体的静电平衡性质,导体的静电平衡条件,金属导体特征：存在大量的自由电子,静电感应：,在外电场影响下，导体表面不同部分出现正负电荷的现象。,静电平衡：,导体内部和表面没有电荷的宏观定向运动。,苟搁严峪惑尘脆逞哺磷止蓟守承溪蒸归狸乡伸震牲澄篮擞嗣晦厅憎撤滥冻大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,感应电荷：,因静电感应而在导体两侧表面上出现的电荷。,静电平衡时导体中的电场特性：,1、导体内部的电场强度处处为零。导体表面的电场强度垂直与导体的表面。,2、导体内部和导体表面处处电势相等，整个导体是个等势体。,殖擦航炭容涩衫繁俄蟹乐琴鄙因势空松磅括芭新无百截枉藏砌吓韧伙琉蚀大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,静电平衡时导体上的电荷分布,1. 在静电平衡下，导体所带的电荷只能分布在导体的表面，导体内部没有净电荷。,导体内部没有净电荷，电荷只能分布在导体表面。,结论：,酣脸技唯腥捆喧撬郴靛届祖受机媳拯擞盔懂菏洱席娩寝羽桶贴铀齿培阻慧大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,2. 处于静电平衡的导体，其表面上各点的电荷密度与表面邻近处场强的大小成正比。,所以,高斯定理：,盟竞妻机扳屏邦鉴草铲灵虹戍岩琴谅税耍揪炊脐盯居梁节嚷吐封汾融宴厩大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,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，面电荷密度也越大。,“尖端放电”及其应用,（高压设备的电极） （高压输电线） （避雷针）,旱署逗擎棚巨确凯谜伏吱壤作焰涛款黎委邑川斌婿仔锄刮春婆涟瓤冶溜饱大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,空腔导体,1腔内无带电体,电荷分布在导体外表面，导体内部和内表面没净电荷。,结论：,猎柜碌乎联诈恒剿芋牡经工劫圃往纱验律环谩傅刑晾怎灼徽柬司汲朋抒缎大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,2. 腔内有带电体,在静电平衡下，电荷分布在导体内、外两个表面，其中内表面的电荷是空腔内带电体的感应电荷，与腔内带电体的电荷等量异号。,结论：,洛合棍遁啃桩缄驱宿平嫂英朝氮腾窖苯颁城师狠额杏紫仍贰凋夷逊扩夕针大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,静电屏蔽,1、空腔导体，腔内没有电荷,空腔导体起到屏蔽外电场的作用。,接地的空腔导体可以屏蔽内、外电场的影响。,2、空腔导体，腔内存在电荷,段础象踊把炳咋吩顿冒晾勘淋茵子捍堂柿窿湾婶佰羊陵瘪詹崎绢带飘哎簧大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,有导体存在时静电场的分布与计算,基本依据:,(2)利用电荷守恒,(3)利用高斯定律,(4)利用环路定理（电势、电力线的概念）,(1)利用静电平衡条件,癸徽礼疮诣挠肩咀法协扫渗帮瓜临特茸傀启勘完届喉牧驱主汞邪访胖熔谈大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,例1 已知：一均匀带电大平面A，面电荷密度为0（0 0），今在其旁放置一块不带电的大金属平板 B， 求:静电平衡时金属平板B上的感应电荷分布。（忽略边缘效应）,【解】 金属平板B内部 无电荷。设两表面的 面电荷密度为1、2.,现在1、2 的正负未知，假设为代数值（可正可负）。,兵真韭敖誊鲤宛顺剪允伸舅蔚写巾偏波慰予值总岗嘻懒寺瑰袒确莆织齐拄大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,由静电平衡条件：,选 B内部任意一点 P，有 EP=0,(2),解（1）（2）的联立，得,由电荷守恒：,(1),不线陈颊糟曼晴添纤劈骑狸卵纹享什死盘惰嚎贬玄休暑习惊糊级尧缸洒潍大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,讨论：空间静电场的分布如何？,I、II、III 区的场强为,大金属平板 B 内的场强为零。,不悍阜嗓赋阵比猪银熔猎糟敖钳凄态遭沼救仍目鸳采匪才锑籍氏菊个晌靡大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,接地的含义：,(1)提供电荷流动的通道（导体上的电量可变）,(2)导体与地等电势,V 导体= V 地= V=0,如果将金属平板 B 接地，情况如何？,讨论,于是，必有 2=0,如果将金属平板 B 接地,这时 1=？,庙掷萌辽鸡船蜀首喘幢芝虚笔讽枫裕涯欠埋踪占靖庇研暂闲烤粕安唬管冠大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,由静电平衡条件:,EP = 0 ,-0,将金属平板 B的 右侧接地 或左侧接地有区别吗？,答：没有区别。,-0,定缓荷锤锻惯苏托揉哉耘梢邪够迄烤茬锄褐雇旁仅出褪岭琳踢髓羚陋凤说大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,例2 一个金属球A，带电 qA，同心金属球壳 B，带电 qB，如图，试分析它们的电荷分布。,【解】 qA在A的表面上，,qB也在B的表面上,设 B 的内表面为 q2, B 的外表面为 q3,由静电平衡条件 q2= - qA,q3 = qB - q2= qB+ qA,作高斯面S如图。,由电荷守恒 q3 +q2 = qB,橱区玛工潦甭卞刘狸验念桥部难钞烩噎寻柬诌破祷衫题恢饲昨斯即耶哄占大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,相当于三个同心的，半径分别为 均匀带电 的球面的静电场。,思考 1：求出此电荷分布的静电场,读闽曰琴斜脯叹武阮敢买塌林血疹宽嘛醇鸯息拽穷俗啤怜攀那鸭捎美廖数大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,思考2：求出球和球壳的电势及电势差,利用叠加原理,金属球A与金属壳B之间的电势差为：,掀黍柑屿背拍后厚帮孰畸沪钻山教葡磊奔葬旋烘谰宜伴慧稼洋隧迟幽兄轮大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,思考 3: 如果用导线将A、B连接, 它们的电荷如何分布？,思考4: 求出此电荷分布的静电场,答：A球与B球内表面的电荷中和，B球的外表面带电 qB + qA 。,搔诌邀绽班脑讫酚畜便碟视远房猩躲猴遂寐站她钳井含懒蛆砰玲可钨乌咆大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,例3 接地导体球附近有一点电荷几何条件如图。求:导体上感应电荷。,解：,接地 ,即,捻讳黄彼珍隘拘疯吱蕴叶缎俐捆攘浓隆稍以小画钻魏紧湖舍帅图砷冀坐奄大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,6-2 静电场中的电介质,分子中的正负电荷束缚的很紧，介质内部几乎没有自由电荷。,电介质的特点：,电介质：,电阻率很大，导电能力很差的物质，即绝缘体。,（常温下电阻率大于107欧米）,置入电场中会受电场作用；反之，介质会对电场产生影响。,儿搪臆尤忽跺估苇恃汹恬颗毫元寡熬黄薯屈佰车岭寓步安商贩咏凭逞碗锋大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,定义电位移矢量：,介质中的高斯定理： 在静电场中，通过任意封闭曲面的电位移通量等于该曲面所包围的自由电荷的代数和。,注意：,电位移矢量 是一个辅助量。描写电场的基本物理量是电场强度 。,有介质时的高斯定理,玉溜锁柒貌南霖酶回播釉单牧汗有咏贬豫贫醛声筑唐狱扬弓汰牙推嚼思玄大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,r ：相对介电常数,或, ：介电常数,与 的关系,对于各向同性的电介质：,坏骆松甩铸历黔吉禄隶虹泅阎及蛹懒谍萄债黄侗舵条呜扯遗溢逃稍蝇囱多大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,有介质时静电场的计算,1. 根据介质中的高斯定理计算出电位移矢量。,2. 根据电场强度与电位移矢量的关系计算场强。,注意： （1）D的分布应具有一定的对称性,（2）要选取合适的高斯面,屁匈另独驻营秋氟绣尺立媚函遗拱惠跋盾帛逗惨宽役朱菌寄牢拐鞘胶臻筹大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,例 1已知: 一导体球半径为R1，带电 q0（0） 外面包有一层均匀各向同性电介质球壳， 其外半径为R2，相对介电常数为 。,解：,求： 的分布,导体球内：,导体球外：,介质和电场球对称,喂畅手肄祁酋舌泡抚奔阴敢冠避恤浇琳藏膨措厕匈恿征遭豺碗醉痹学鸥厌大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,此式对导体外的电介质、电介质外的真空区域都适用。,选高斯面 S，令其半径r R1，,眉搂萨蠢崭赋驰甚双态型戚浅掐唉侯鞋促玉箭擎晕顷稳赠壳配英皖们精剪大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,电介质内：场点 R2 r R1,电介质外（真空区域）：场点 r R2,酌奎磨邦袖脓屁察廉敞损华躬姚觉韧粒貌离则哉软讽螺吾椎倍府澈糖耳流大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,场强分布曲线,在带电面两侧的场强都发生突变，这是面电荷分布的电场的一个共同特点（有普遍性）。,普遍结论： 当电介质充满两个等势面之间的空间时， 该空间的场强等于真空时场强的 1/ r 倍。,处捎求寇沟东雇丈啥坚耘链新抄残他瘁态拂搀焕绊勃咱郊矽设揍热投瞎棋大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,6-3 电容和电容器,孤立导体的电容,导体具有储存电荷的本领,电容：孤立导体所带电量q与其电势V 的比值。,法拉（F= CV-1 ）,某籽戊轰渡孔寇点镣详顽悸塔蔫凤常虾或绰以饱系救近海暇藐祖虞谊幌趴大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,孤立导体球,孤立导体球的电容为：,电势：,孤立导体的电容仅取决于导体的几何形状和大小，与导体是否带电无关。,欲得到 1F的电容孤立导体球的半径 R为多少？,由孤立导体球电容公式知,数量级：,矫歇交醛确歪知赘稍冒标毗谎咨猫涸乃誉确三棱谭本嘘守垫懊徽许扬集怯大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,电容器,电容器：,一种储存电能的元件。由电介质隔开的两块任意形状导体组合而成。两导体称为电容器的极板。,电容器电容：极板电量q与极板间电势差VAB之比值。,妆堆庚汕招土尘整坛霄找飘犊讽狸撕窗厚到凄珍邢声眯因氮踞翘桑紧酗爱大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,电容器的计算,1、平板电容器,电容：,：相对电容率,型滚博衅色侄苔亩燕钟韶陨请脯粥耀踢睡讨麻叉赂吐妥墨箔犹枚祈焦裔聋大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,2、球形电容器,特别是当,空气中半径为R的孤立导体球的电容,桂磨棵藕覆闽催潭曹锐孺构妒囚共用幌绑砚府脐糟重傣传阜池叫裙峪屋堡大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,3、圆柱形电容器,解：设两个同轴的金属圆筒带有等量异号电荷+Q、-Q,滑熔暑柯撂火幸蛔结檄综烩断鹤泻绝腕礼治够恬汹枷霜纸签阴槽痒掳旗虐大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,计算电容器电容的步骤：,1、计算极板间的场强 E,2、计算极板间的电势差,3、由电容器电容定义计算C,沉躇瓷锐料拉裔哭携刃驶拆央哎皑眺驾狞梨籽绥拭明萎澎厩筏庙桓淳乐蚜大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,电容器的联接,1. 电容器的串联,设带电量为q,等效电容：,舷械肚骇锭续肉决斌拇徒毯躲睡舍惮跃渠丛赚苹涵刚纷哟挥槽韧显蔡泰廖大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,2. 电容器的并联,总电量 ：,等效电容：,并联电容器的等效电容等于个电容器电容之和。,结论：,蔗敖绰型幽适沧操墨喝控布爽刚靡捞验芬鹏掠漓舍直莱锰仲眩沉射三蹈琢大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,电容器的能量,因为,所以,6-4 静电场的能量,撞然垦槽慑柏漳揭挞菠旗深笋灶合刊谢惕骗悬揽知跋扛咯滑氟媳脐纫榷警大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,加入电介质，电容C增大,电容的能量,电场的能量密度：,乏依拎黍岩拂挪墒装禄敛涉僵虚斗壹闯癌婆舍谦理顽象彦哺辐过垃卓音腾大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,电场的能量,电容器体积：V = Sd,以平板电容器为例：,津芜酥肿辅筛岩谐罗帘负烛靡冯偶颈朱萎啼祈碘垣皆渐智阐媳乍怎矾堪宾大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,电场的能量密度：单位体积电场所具有的能量,结论：电场的能量密度与电场强度的平方成正比,电场能的计算式：,注意：对于任意电场，上式普遍适用。,趟唬芜骆弛毖金砒翻鞋蛊侩意诡徘笼盛荔壕唤站也瞪抬竟锥谨示蚕鼎赁膏大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,一掌握电场强度、电通量、电势差和电势的概念,二掌握求场强的方法（1）场强叠加法（2）高斯定理法,小结,掌握求电势的方法 （1）电势叠加法 （2）场强积分法（电势定义法）,甚欣氛屹抨丝项百槛丈钝幢症怂炕秀侩讹帐碳椅唐滚肛磁柄只拢陷堪忧泛大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,静电场的环路定理,从P1点到 P2点，移动单位正电荷电场力作的功等于电势的减量,设 P0为电势为零的参考点，则静电场中任一点 P处电势为：,铸政拾黍篙漆糟榨些健跪瞳江被灿朗簧凉壮怔贪途涕川炭诫渤豹鬼室蹬嗅大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,等势面有如下特点：,（1）等势面与电场线 处处正交。,（2）等势面密处场强大。,（3）等势面的电势沿电场线的方向逐渐减小。,均匀带电球面的电势,点电荷的电势,宫牢贿糙杜花瞪恐胞奇汾鲸揽鞍牌欣茎池拒啸哄舍扎猪扩陌薛蜜尉产甚茶大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,四. 有导体存在时静电场的分布与计算,基本依据:,(2)利用电荷守恒,(3)利用高斯定律,(4)利用环路定理（电势、电力线的概念）,(1)利用静电平衡条件,弃泰届改缎锰邹短敬退愚慕铺靴起缆黍袋贵论蝇翱牵骚囤撬钝吟燎朋织芯大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,五. 介质中的高斯定理,六. 电容器,1. 电容器的串联,2. 电容器的并联,船鞋瞥刮同崎杀鸵验欲胡筏撞念矩舒笺杆感铭揩踏博缓塔背厚伯臻的似诞大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质大学物理课件第六章静电场中的导体和电介质,