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1、第九章静电场中的导体和第九章静电场中的导体和电介质电介质本讲稿第一页，共三十二页 一一 理解理解静电场中导体处于静电平衡时的条件，静电场中导体处于静电平衡时的条件，并能从静电平衡条件来分析带电导体在静电场中的电并能从静电平衡条件来分析带电导体在静电场中的电荷分布荷分布.二二 理解理解电容的定义，并能计算几何形状简单的电容的定义，并能计算几何形状简单的电容器的电容电容器的电容.三三 了解了解静电场是电场能量的携带者，了解电静电场是电场能量的携带者，了解电场能量密度的概念，能用能量密度计算电场能量场能量密度的概念，能用能量密度计算电场能量.教学基本要求教学基本要求 9.0 教学基本要求 第9章 静
2、电场中的导体和电介质本讲稿第二页，共三十二页+一一 静电感应静电感应 静电平衡条件静电平衡条件感应电荷感应电荷 9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第三页，共三十二页+9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第四页，共三十二页+导体内电场强度导体内电场强度外电场强度外电场强度感应电荷电场强度感应电荷电场强度 9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第五页，共三十二页+导导体体是是等等势势体体静电平衡条件静电平衡条件（1 1）导体内部任何一点处的电场强度为零；）导体内部任何一点处的电场强度为零；（2 2）导体表面处的电场强度的方向）
3、导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直都与导体表面垂直.导体表面是等势面导体表面是等势面 导体内部电势相等导体内部电势相等 9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第六页，共三十二页二二 静电平衡时导体上电荷的分布静电平衡时导体上电荷的分布+结论结论 导体内部无电荷导体内部无电荷1实心导体实心导体2 2有空腔导体有空腔导体 空腔内无电荷空腔内无电荷电荷分布在表面上电荷分布在表面上内表面上有电荷吗？内表面上有电荷吗？9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第七页，共三十二页若内表面带电若内表面带电所以内表面所以内表面不不带电带电+-结论结论 电荷分布
4、在外表面上（内表面无电荷）电荷分布在外表面上（内表面无电荷）+矛矛盾盾导体是等势体导体是等势体 9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第八页，共三十二页 空腔内有电荷空腔内有电荷电荷分布在表面上电荷分布在表面上内表面上有电荷吗？内表面上有电荷吗？结论结论 当空腔内有电荷当空腔内有电荷 时时,内表面因静电感应出内表面因静电感应出现等值异号的电荷现等值异号的电荷 ，外表面有感应电荷外表面有感应电荷 （电荷（电荷守恒）守恒）9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第九页，共三十二页+为表面电荷面密度为表面电荷面密度 作钱币形高斯面作钱币形高斯面 S S3 3
5、导体表面电场强度与电荷面密度的关系导体表面电场强度与电荷面密度的关系 表面电场强度的大小表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正与该表面电荷面密度成正比比 9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第十页，共三十二页+注意注意 导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关.4导体表面电荷分布导体表面电荷分布 9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第十一页，共三十二页带电导体尖端附近电场最强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，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可使尖端附
6、近的空气发生电离而成为导体产生放电现象，即导体产生放电现象，即尖端放电尖端放电.尖端放电会损耗电能尖端放电会损耗电能,还会干扰精密测量和对通讯产还会干扰精密测量和对通讯产生生危害危害.然而尖端放电也有很广泛的然而尖端放电也有很广泛的应用应用.尖端放电现象尖端放电现象尖端放电现象的尖端放电现象的利利与与弊弊 9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第十二页，共三十二页+尖端放电现象的利用尖端放电现象的利用 9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第十三页，共三十二页三三 静电屏蔽静电屏蔽 1 1屏蔽外电场屏蔽外电场外电场外电场 空腔导体可以屏蔽外电场空腔导
7、体可以屏蔽外电场,使空腔内物体不受外电场影响使空腔内物体不受外电场影响.这这时时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等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空腔导体屏蔽外电场 9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第十四页，共三十二页 接地空腔导体接地空腔导体将使外部空间不受将使外部空间不受空腔内的电场影响空腔内的电场影响.问：问：空间各部空间各部分的电场强度如何分的电场强度如何分布分布？接地导体电势为零接地导体电势为零 2 2屏蔽腔内电场屏蔽腔内电场+9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第十五页，共三十二页 例例 有一外半径有一
8、外半径 和内半径和内半径 的金属球壳，在球壳内放一半径的金属球壳，在球壳内放一半径 的同心金的同心金属球，若使球壳和金属球均带有属球，若使球壳和金属球均带有 的正电荷，的正电荷，问问 两球体上的电荷如何分布？球心的电势为多少？两球体上的电荷如何分布？球心的电势为多少？解解 根据静电平衡的条件求电荷分布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作球形高斯面作球形高斯面 9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第十六页，共三十二页根据静电平衡条件根据静电平衡条件 9.1 静电场中的导体 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第十七页，共三十二页 9.1 静电场中的导体
9、第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第十八页，共三十二页一一 孤立导体的电容孤立导体的电容例如例如 孤立的导体球的电容孤立的导体球的电容 地球地球单位单位 9.4 电容电容器 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第十九页，共三十二页二二 电容器电容器电容器电容电容器电容 电容的大小仅与导体的电容的大小仅与导体的形状形状、相对位置相对位置、其间的电、其间的电介介质质有关有关.与所带电荷量与所带电荷量无关无关.三三 电容器电容的计算电容器电容的计算1 1）设两极板分别带电设两极板分别带电 ；2 2）求求 ；3 3）求求 ；4 4）求求 .步骤步骤 9.4 电容电容器 第9章 静电场中的导体和电介质
10、本讲稿第二十页，共三十二页1 平板电容器平板电容器+-（2）两带电平板间的电场强度两带电平板间的电场强度（1）设设两导体板分别带电两导体板分别带电（3）两带电平板间的电势差两带电平板间的电势差（4）平板电容器电容平板电容器电容 9.4 电容电容器 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第二十一页，共三十二页 例例1 1 平行平板电容器的极板是边长为平行平板电容器的极板是边长为 的正方的正方形，两板之间的距离形，两板之间的距离 .如两极板的电势差如两极板的电势差为为 ，要使极板上储存，要使极板上储存 的电荷的电荷,边长边长 应取多大才行应取多大才行.解解 9.4 电容电容器 第9章 静电场中的导体
11、和电介质本讲稿第二十二页，共三十二页平行板电平行板电容器电容容器电容2 圆柱形电容器圆柱形电容器（3）（2）（4）电容电容+-（1 1）设设两导体圆两导体圆柱柱面单位长度上面单位长度上分别带电分别带电 9.4 电容电容器 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第二十三页，共三十二页例球形电容器的电容例球形电容器的电容球形电容器是由半径分别为球形电容器是由半径分别为 和和 的两同心金的两同心金属球壳所组成属球壳所组成解解设内球带正电（），外球带负电（）设内球带正电（），外球带负电（）孤立导体球电容孤立导体球电容*9.4 电容电容器 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第二十四页，共三十二页单位长度
12、的单位长度的电容电容解解 设两金属线的电荷线密度为设两金属线的电荷线密度为 例例3 3 两半径为两半径为 的平行长直导线中心间距为的平行长直导线中心间距为 ，且，且 ,求单位长度的电容求单位长度的电容.9.4 电容电容器 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第二十五页，共三十二页三三 电容器的串联和并联电容器的串联和并联电容器的并联电容器的并联电容器的串联电容器的串联 9.4 电容电容器 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第二十六页，共三十二页+-一一 电容器的电能电容器的电能电容器贮存的电能电容器贮存的电能+9.6 静电场能量 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第二十七页，共三十二页二二
13、 静电场的能量静电场的能量 能量密度能量密度物理意义物理意义电场是一种物质，它具有能量电场是一种物质，它具有能量.电场空间所存储的能量电场空间所存储的能量 电场能量密度电场能量密度 9.6 静电场能量 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第二十八页，共三十二页例例1 1 如图所示如图所示,球形电容器的内、外半径分别为球形电容器的内、外半径分别为 和和 ，所带电荷为，所带电荷为 若在两球壳间充以电容率为若在两球壳间充以电容率为 的电介质，问此电容器贮存的电场能量为多少？的电介质，问此电容器贮存的电场能量为多少？解解 9.6 静电场能量 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第二十九页，共三十二页（
14、球形电容器电容）（球形电容器电容）讨讨 论论（1）（2）（孤立导体球贮存的能量）（孤立导体球贮存的能量）9.6 静电场能量 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第三十页，共三十二页解解 例例2 如图圆柱形电容器，中间是空气，空气的击如图圆柱形电容器，中间是空气，空气的击穿场强是穿场强是 ，电容器外半径，电容器外半径 .在空气不被击穿的情况下，内半径在空气不被击穿的情况下，内半径 可使电容器可使电容器存储能量最多存储能量最多.（空气空气 ）单位长度的电场能量单位长度的电场能量+-+_ 9.6 静电场能量 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第三十一页，共三十二页+-+_ 9.6 静电场能量 第9章 静电场中的导体和电介质本讲稿第三十二页，共三十二页