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1、大大 学学 物物 理理欢迎大家回校学习！新的学期，欢迎大家回校学习！新的学期，希望大家以新面貌学有所成。希望大家以新面貌学有所成。授课教师：吴涛授课教师：吴涛电话：电话：65101982651019821大大 学学 物物 理理下册学习内容下册学习内容l电磁学（下）电磁学（下）l振动和波动振动和波动l光学光学l量子力学量子力学 上册学习内容？上册学习内容？2大大 学学 物物 理理提问：电磁学（上）的内容？特点？最简洁的表述？提问：电磁学（上）的内容？特点？最简洁的表述？电磁学（下）的内容：电磁学（下）的内容：电场、磁场和介质之间的相互作用及其规律电场、磁场和介质之间的相互作用及其规律电磁感应电磁
2、感应电磁波与麦克斯韦方程组电磁波与麦克斯韦方程组特点：非真空、非稳恒特点：非真空、非稳恒重点：高斯定理和环路定理重点：高斯定理和环路定理3大大 学学 物物 理理第十三章 介质中的电场和磁场 13-1 静电场中的导体 一、静电平衡；二、电容及电容器 4大大 学学 物物 理理?教学基本要求教学基本要求一一 掌握掌握静电平衡的条件，静电平衡的条件，掌握掌握导体处于静电导体处于静电平衡时的电荷、电势、电场分布平衡时的电荷、电势、电场分布.二二 了解了解电介质的极化机理，掌握电位移矢电介质的极化机理，掌握电位移矢量和电场强度的关系量和电场强度的关系.理解电介质中的高斯定理，理解电介质中的高斯定理，并会用
3、它来计算电介质中对称电场的电场强度并会用它来计算电介质中对称电场的电场强度.四四 理解理解电场能量密度的概念，电场能量密度的概念，掌握掌握电场能电场能量的计算量的计算.三三 掌握电容器的电容，能计算常见电容器的掌握电容器的电容，能计算常见电容器的电容电容.5大大 学学 物物 理理研究静电场与导体和电介质的相互作用研究静电场与导体和电介质的相互作用 静电场中的导体上的静电场中的导体上的电荷不再发生电荷不再发生定向定向移动移动，称导体达到了称导体达到了静电平衡静电平衡。u 静电感应静电感应 静电平衡条件静电平衡条件 在外电场作用下，引起导体在外电场作用下，引起导体中中电荷重新分电荷重新分布而呈现出
4、的带电现象布而呈现出的带电现象 ，叫作，叫作静电感应现象静电感应现象。13-1 13-1 静电场中的导体静电场中的导体6大大 学学 物物 理理金金属属导导体体：存存在在大大量量可可自自由由移移动动的的自自由由电电子子，自由电子对电场变化响应很快自由电子对电场变化响应很快（1019s）。1.1.静电感应静电感应+感应电荷感应电荷7大大 学学 物物 理理+8大大 学学 物物 理理 静静电电平平衡衡：导导体体放放入入电电场场 自自由由电电子子定定向向运运动动 改改变变导导体体电荷分布电荷分布 改变电场改变电场 称称电场和导体之间达到电场和导体之间达到静电平衡静电平衡导体内部和表面均无自由电荷的定向移
5、动。导体内部和表面均无自由电荷的定向移动。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大大 学学 物物 理理金属球放入均匀电场前金属球放入均匀电场前E10大大 学学 物物 理理金属球放入后电场线发生弯曲金属球放入后电场线发生弯曲 电场变为一非均匀场电场变为一非均匀场+E11大大 学学 物物 理理所以，导体的静电平衡条件为：所以，导体的静电平衡条件为：导体内部任意点的场强为零。导体内部任意点的场强为零。导体表面附近的场强方向处处与表面垂直。导体表面附近的场强方向处处与表面垂直。证明：证明：等势体等势体等势等势面面导体内导体内导体表面导体表面一个推论一个推论
6、：静电平衡的导体是等势体，导体表面是静电平衡的导体是等势体，导体表面是等势面。等势面。12大大 学学 物物 理理净电荷分布在导体表面，导体内处处无净电荷。净电荷分布在导体表面，导体内处处无净电荷。二、静电平衡时导体上的电荷分布二、静电平衡时导体上的电荷分布 导体内任取高斯面导体内任取高斯面+S1.实心导体实心导体证明：证明：13大大 学学 物物 理理2 2、空腔导体、空腔导体+（1）腔内无带电体时：）腔内无带电体时：净电荷分布在导体外表面。净电荷分布在导体外表面。导体内表面处处无净电荷。导体内表面处处无净电荷。在体内取一高斯面在体内取一高斯面S S，由高斯定理：，由高斯定理：可知：可知：内表面
7、电荷代数和为零。内表面电荷代数和为零。证明：证明：已经证明导体实体部分处处无净电荷。现只需已经证明导体实体部分处处无净电荷。现只需证明导体空腔的内表面上处处无净电荷。证明导体空腔的内表面上处处无净电荷。若内表面上有正负两种电荷，若内表面上有正负两种电荷，则：必有电场线由正电荷指向则：必有电场线由正电荷指向 负电荷，出现电荷的定向移动，负电荷，出现电荷的定向移动，与导体的静电平衡条件相矛盾。与导体的静电平衡条件相矛盾。14大大 学学 物物 理理结论：结论：腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异号，腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定等量异号，
8、腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定.未引入未引入 时时q1q放入放入 后后1（2）腔内有带电体：）腔内有带电体：提示：由提示：由高斯定理高斯定理和和导体的静电平衡条件导体的静电平衡条件及及电荷守电荷守恒定律恒定律可以证明以上结论。可以证明以上结论。q2+q1+qq+12q1+15大大 学学 物物 理理三、导体表面附近场强三、导体表面附近场强证明证明:表面附近作圆柱形高斯面，表面附近作圆柱形高斯面，=一半在内，一半在外。一半在内，一半在外。其中：其中：是导体表面的电荷面密度是导体表面的电荷面密度16大大 学学 物物 理理导体表面电荷分布规律导体表面电荷分布规律+17大大 学学 物物 理理 带
9、电导体尖端附近的带电导体尖端附近的电场特别大，可使尖端附电场特别大，可使尖端附近的空气发生电离而成为近的空气发生电离而成为导体产生放电现象导体产生放电现象 尖端放电现象尖端放电现象+18大大 学学 物物 理理导线导线即：即：用导线连接两导体球，用导线连接两导体球，则必有：则必有：导体表面的的电荷面密度与导体表面的曲率半径有关：导体表面的的电荷面密度与导体表面的曲率半径有关：曲率半径大处电荷密度低；即：曲率半径大处电荷密度低；即：表面上愈尖锐处电荷表面上愈尖锐处电荷密度越大。密度越大。四、导体表面的电荷分布四、导体表面的电荷分布证明：证明：尖端放电现象尖端放电现象19大大 学学 物物 理理空气中
10、的直流高压放电图片：空气中的直流高压放电图片：20大大 学学 物物 理理云层和大地间的闪电云层和大地间的闪电闪电的图片：闪电的图片：21大大 学学 物物 理理雷击大桥雷击大桥遭雷击后的草地遭雷击后的草地22大大 学学 物物 理理五、静电屏蔽五、静电屏蔽 导体壳（不论接地与否）内部的物体不受外电导体壳（不论接地与否）内部的物体不受外电场的影响；场的影响；接地空腔导体屏蔽内电场接地空腔导体屏蔽内电场23大大 学学 物物 理理 接地导体壳（或金属丝网）将内外的电场影响接地导体壳（或金属丝网）将内外的电场影响完全隔绝。完全隔绝。空腔内部不受空腔空腔内部不受空腔外部电荷影响外部电荷影响 外电场不影响内部
11、电场外电场不影响内部电场腔内带电体腔内带电体不影响不影响外部电场外部电场24大大 学学 物物 理理25大大 学学 物物 理理重点内容重点内容导体存在时静电场的分析和计算导体存在时静电场的分析和计算26大大 学学 物物 理理思考：无限大带电平面附近的场强？27大大 学学 物物 理理例：例：一个带电量为一个带电量为q的点电荷，位于一原来不带电的的点电荷，位于一原来不带电的金属球外，与球心的距离为金属球外，与球心的距离为d.如图所示，则在金属如图所示，则在金属球内与球心相距为球内与球心相距为l的的P点处，由感应电荷产生的场点处，由感应电荷产生的场强为：强为：(A)0（为为P 点附近球面上感应电荷面密
12、度）点附近球面上感应电荷面密度）xP-qdlo28大大 学学 物物 理理 例例 放入导体板放入导体板B已知：导体板已知：导体板A：S，Q0;求：求：A A、B B上的电荷分布及空间的电场分布上的电荷分布及空间的电场分布;A板板:B板板:解：解：由静电平衡条件可知：由静电平衡条件可知：由电荷守恒定律可知：由电荷守恒定律可知：将将B B板接地，求电荷分布板接地，求电荷分布29大大 学学 物物 理理解方程得解方程得:场强分布：场强分布：两板之间：两板之间：A板左侧：板左侧：B板右侧：板右侧：导体表面附近导体表面附近处的场强为：处的场强为：场强分布也场强分布也可以由迭加可以由迭加法求得。法求得。EEE
13、30大大 学学 物物 理理a 点：点：b 点：点：A A 板板接地时：接地时：电荷分布电荷分布将将B B板接地，求电荷分布板接地，求电荷分布31大大 学学 物物 理理场强分布场强分布电荷分布电荷分布（1）两板之间）两板之间（2）两板之外）两板之外32大大 学学 物物 理理练练习习：面面电电荷荷密密度度为为 0 0 的的无无限限大大绝绝缘缘板板旁旁，有有一一无无限限大大的的原原不带电的导体平板。求静电平衡后导体板两表面的面电荷密度？不带电的导体平板。求静电平衡后导体板两表面的面电荷密度？解解.设导体板两表面电荷密度为设导体板两表面电荷密度为 1 和和 2 1 1 2 2E2E0E1静电平衡条件：静电平衡条件：E0+E1-E2=0结果结果：1=0/2 2=0/2电荷守恒电荷守恒：1+2=0(1)1 2=0（2）33大大 学学 物物 理理本次课程内容回顾本次课程内容回顾13-1 静电场中的导体静电场中的导体 一、静电平衡；一、静电平衡；二、电容及电容器二、电容及电容器34