高二物理競賽靜電場與導(dǎo)體相互作用課件

1.均勻帶電圓盤中心軸線上一點(diǎn)的電勢為：pXxRrdq0取x＝0就得到圓心O點(diǎn)的電勢：OARB2.均勻帶電圓環(huán)中心軸線上一點(diǎn)的電勢為：OARB3.均勻帶電圓環(huán)中心軸線上一點(diǎn)的電勢為：A電場＝－（WB－WA）4.已知:均勻帶電球體,密度,內(nèi)有空腔,兩球心相距a.求:腔內(nèi)P點(diǎn)的場強(qiáng)。

解：補(bǔ)償法此結(jié)果說明空腔內(nèi)的場強(qiáng)為均勻場方向由00￠?均勻帶電球體內(nèi)(2)電勢能5.已知:均勻帶電球面,R,Q,沿半徑的均勻帶電細(xì)線,長l0,近端距離r0,二者電場不影響電荷分布。求:(1)細(xì)線所受電場力;(2)細(xì)線在電場中的電勢能。解:(1)建立坐標(biāo)軸ox,如圖l0r0ROx第九章靜電場§9-1電相互作用電場強(qiáng)度§9-4靜電場中的導(dǎo)體§9-5靜電場中的電介質(zhì)§9-6電容§9-2靜電場的高斯定理§9-3靜電場的環(huán)路定理電勢本章重點(diǎn)：場強(qiáng)、電勢、高斯定理、環(huán)路定理、電場能本章難點(diǎn)：矢量、積分、場概念讀書指導(dǎo)：§9-5-4不要；其余要靜電場的電場強(qiáng)度

靜電場的高斯定理

真空中靜電場的電勢這三講研究對象的特點(diǎn)：場分布不變。即：不同帶電體互不影響電荷分布關(guān)于靜止電荷的電場我們討論了三部分內(nèi)容：在這種情況下的特點(diǎn)：場分布改變

研究的基礎(chǔ)：兩個基本方程靜電場與導(dǎo)體的相互作用靜電場與電介質(zhì)的相互作用接下來我們將討論：{本節(jié)內(nèi)容：

自由電荷導(dǎo)體靜電場靜電平衡狀態(tài)靜電感應(yīng)四空腔導(dǎo)體與靜電屏蔽一靜電感應(yīng)與靜電平衡條件二導(dǎo)體上的電荷分布三導(dǎo)體存在時靜電場的分析與計(jì)算§9-4靜電場中的導(dǎo)體1、靜電感應(yīng)過程+++---------++++++E=0感應(yīng)電荷是自由電荷2、靜電平衡（短暫）一靜電感應(yīng)與靜電平衡條件沒有電荷的定向移動EtEn用場量描述：用場量描述：導(dǎo)體是等勢體導(dǎo)體表面是等勢面靜電平衡：沒有電荷的定向移動。（2）導(dǎo)體表面（1）用反證法：=04、靜電平衡條件證明:1.靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部不存在凈電荷,電荷只能分布在導(dǎo)體表面.在導(dǎo)體內(nèi)任取一個高斯面SS是任取大小任取,可取無限小位置可任取SE=0=0結(jié)論：注意：表面上的電荷，可以是感應(yīng)電荷，也可以是導(dǎo)體自身帶的電荷，也可以兼而有之.靜電平衡時導(dǎo)體上電荷只分布在表面上。所以導(dǎo)體內(nèi)部不存在凈電荷。二導(dǎo)體上的電荷分布S'Sq=S導(dǎo)體表面附近一點(diǎn)的場強(qiáng)：證明：在導(dǎo)體表面上取一包圍S小立方體，根據(jù)Gauss定理：2.靜電平衡導(dǎo)體表面電荷與場強(qiáng)的關(guān)系E——導(dǎo)體表面附近一點(diǎn)的合場強(qiáng)；是由空間所有帶電體激發(fā)?！趯?dǎo)體表面某點(diǎn)的電荷面密度（可變?。┱f明：+Q（普遍成立!）σ;Eσ’E’3.Gauss定理電勢概念依據(jù):2.電荷守恒定律1.靜電平衡的條件

或接地場強(qiáng)：電勢：電荷分布：導(dǎo)體內(nèi)部無凈電荷，電荷只分布在表面上。導(dǎo)體表面三導(dǎo)體存在時靜電場的分析與計(jì)算例1：一半徑為R的接地導(dǎo)體球附近有一點(diǎn)電荷q，球心與點(diǎn)電荷相距d。求導(dǎo)體球上感應(yīng)電荷的電量。解：接地即U＝0設(shè)感應(yīng)電荷的電量Q’由于導(dǎo)體是等勢體所以：Uo＝0oRdqQ’例2:兩塊平行的大金屬板A和B，面積均為S，相距為d。今將電荷Q給予A板，忽略邊緣效應(yīng)，試討論（1）電荷分布及各區(qū)域場分布（2）B板接地，電荷分布及各區(qū)域場分布如何？ABQdABP解：導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)電場強(qiáng)度為零。EP＝0任選一點(diǎn)P：若規(guī)定向右為正，則：M聯(lián)立求得：APBM由電荷守恒：四式聯(lián)立求得：ABE分布圖（2）B板接地AB即B板與地等勢，B板外側(cè)沒有電荷ABE分布圖思考：B板內(nèi)側(cè)接地如何？r1r2兩導(dǎo)體球離得很遠(yuǎn)即例3、兩個相距很遠(yuǎn)的導(dǎo)體球半徑分別為r1和r2，用導(dǎo)線連接，計(jì)算兩球電荷面密度的關(guān)系。解：相距很遠(yuǎn)：σ1σ23.孤立導(dǎo)體1.靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部不存在凈電荷,電荷只能分布在導(dǎo)體表面.二導(dǎo)體上的電荷分布2.靜電平衡導(dǎo)體表面電荷與場強(qiáng)的關(guān)系4.空腔導(dǎo)體3.孤立導(dǎo)體由例3：表面各點(diǎn)的面電荷密度與曲率有關(guān)——尖端放電+???????⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕尖端放電尖端附近的電荷面密度最大,因而附近的電場也很強(qiáng),而平板附近電場則較弱.電場擊穿在高壓導(dǎo)體球間產(chǎn)生的火花和自然界的閃電尖端放電應(yīng)用危害：雷擊對地面上突出物體（尖端）的破壞性最大；高壓設(shè)備尖端放電漏電等。

應(yīng)用實(shí)例：避雷針

高壓輸電中，把電極做成光滑球狀

范德格拉夫起電機(jī)的起電原理就是利用尖端放電使起電機(jī)起電；場離子顯微鏡（FIM）等可以觀察個別原子的顯微設(shè)備的原理都與尖端放電效應(yīng)有關(guān)；靜電復(fù)印機(jī)的也是利用加高電壓的針尖產(chǎn)生電暈使硒鼓和復(fù)印紙產(chǎn)生靜電感應(yīng)，從而使復(fù)印紙獲得與原稿一樣的圖象。范氏靜電起電機(jī)

靜電高壓球4.空腔導(dǎo)體（1）如果空腔內(nèi)有電荷－q

：則：腔內(nèi)表面：＋q

外表面：－q

分析導(dǎo)體電場常用高斯定理!q這與靜電場環(huán)路定理相矛盾，是不可能的.（2）.如果空腔內(nèi)無電荷證明結(jié)論a）:設(shè)空腔內(nèi)表面有電荷分布，只能等值異號如圖：取回路L如圖：LS+a)腔內(nèi)表面沒有凈電荷則b)腔內(nèi)各點(diǎn)電勢相等，等于腔體的電勢取Guass面根據(jù)四空腔導(dǎo)體與靜電屏蔽靜電屏蔽——導(dǎo)體空腔內(nèi)的電場不影響外部的場或外部的電場不影響腔內(nèi)。當(dāng)腔外表面接地時，腔內(nèi)電荷的場不影響腔外腔外電荷場不影響腔內(nèi).如何實(shí)現(xiàn)？腔外的場與腔表面電荷共同作用使本次課主要內(nèi)容1.導(dǎo)體靜電平衡的條件①用場強(qiáng)E描述：②用電勢U描述：③用電荷分布描述：導(dǎo)體表面等勢體2.空腔導(dǎo)體的電荷分布①內(nèi)部無電荷：電荷在外表面，空腔等勢②內(nèi)部有電荷－q：則：腔內(nèi)表面：＋q

外表面：－q

3.靜電屏蔽：外對內(nèi)無；內(nèi)對外：接地③、Gauss定理電勢概念②、電荷守恒定律①、靜電平衡的條件

或接地場強(qiáng)：電勢：電荷分布：導(dǎo)體內(nèi)部無凈電荷，電荷只分布在表面上