大学物理——导体讲述.ppt

学习要点 一、 静电场中导体的特点. 二、 电容器的电容. 三、 电场能量. 静电平衡条件（重点） 静电平衡时导体上电荷分布（重点难点） 导体表面电场大小 静电屏蔽 §6-1 静电场中的导体 1 导体结构 一、 静电平衡条件 金属导体=带正电的晶格点阵+自由电子 1、导体：具有大量能够自由移动的带电粒子（载流子），能够很好地传导电流的物质。 根据载流子的不同，可将常见导体分为两类： （1）依靠自由电子导电，如金属等； （2）依靠自由离子导电，如酸、碱、盐溶液等。 我们主要讨论金属导体。 金属是由带正电的离子点阵和带负电的自由电子组成，其自由电子的浓度约为1022/cm3，因而电阻率是很低的。 一、 静电平衡条件 + + + + + + + + 感应电荷 2 静电感应 + + + + + + + + + + 3 静电平衡 导体内部和表面都没有电荷的宏观定向运动。 + + + + + + 静电平衡条件： （2）导体表面处的场强方向都与导体表面垂直。 （1）导体内部场强处处为零； 熟练掌握 场强特征 ?问题: 平衡时表面场强特征如何? 导体表面为等势面 电势特征 + + + + + + 熟练掌握 导体内各点电势相等 推论：导体为等势体 + + + + + + ?问题:静电平衡时,导体内部有净电荷 二、静电平衡时导体上电荷的分布 1 实心导体： 导体内任意作高斯面： 重点难点熟练掌握 结论：导体内部无净电荷， 　　　电荷只分布在导体表面. + + + + + + + + + + 高斯面 电荷分布在表面 内表面？ 外表面？ 高斯面 2 空腔导体 腔内无电荷时 ?问题： ?若内表面带电，是否会出现等量异号电荷？ 结论： 空腔内无电荷时，电荷分布在外表面，内表面无电荷. 与导体是等势体矛盾 － ＋ 高斯面 + + + + + + + + + + 结论: 空腔内有电荷+q时，空腔内表面有感 应电荷-q，外表面有感应电荷Q+q． + 高斯面 q Q+q -q 腔内有电荷时 由高斯定理和电荷守恒定律共同推出。 解： 思考题：一孤立带电Q的导体球在其周围产生的电场和与一半径相同的带电亦为Q的均匀带电球面产生的电场是否相同？为什么？球心电势是多少？ 导体球电荷只分布在外表面 方向：垂直于表面. 三、导体表面电场大小 + + + + + + + + + + + 作钱币形高斯面 S 讨论 1 孤立导体电荷面密度与表面曲率半径有关： 曲率半径越大，面电荷密度越小。 举例: 设有相距很远、用导线相连的两导体球 如尖端放电、避雷针。 应用 静电感应 电晕放电 可靠接地 动画演示避雷针的工作原理 + + 带电云 - - - - - - - － - － - 演示实验：模拟避雷针实验、雷电现象 干燥的冬天，身穿毛衣，由于摩擦，身体上会积累静电荷。 如果手指靠近金属物品， 你会感到手上有针刺般的疼痛感。 如果事先拿一把钥匙， 让钥匙的尖端靠近其他金属体， 就会避免疼痛。 你知道其原因吗? 生活小窍门： 静电场和导体相互影响，相互作用。 四 静电屏蔽 外电场 空腔导体屏蔽外电场 1　屏蔽外电场 演示视频：法拉第笼里的小鸟 例如： 高压带电作业人员穿的导电纤维编织的工作服。 高压带电作业视频 演示视频：法拉第笼、电磁屏蔽 2　屏蔽内电场 + + + + + + + + 接地空腔导体屏蔽内电场 不能屏蔽内电场 应用： 屏蔽室、屏蔽栅网、家电的接地保护 两同心金属球壳，内壳半径R1，带电量q， 外壳半径R2，带电量0，将两球壳用导线连接， 内壳与外壳带电量分别为多少？内壳和外壳电 势分别为多少？ 0 q 半径为R的导体球原不带电，在离球心为a的地方，放一电量为q的点电荷（a＞R），如图所示，该导体球的电势为[ ]。 （Ａ） （Ｄ） （Ｃ） （Ｂ） Ｂ q a R 0 讨论1 讨论2 半径为R1的导体球Ａ，外面放一个内、外半径分别为R2、R3的导体球壳Ｂ，分别定性画出下列三种情况下的电场线和电荷分布。 （1）Ａ、Ｂ分别带正电荷+q1和负电荷-q2（q1＞q2）。 （2）Ａ、Ｂ如（1）带电后，外壳Ｂ接地。 （3）Ａ、Ｂ如（1）带电后，内球Ａ接地。 +q1 -q1 -q2+q1 +q1 -q1 讨论3 （3）Ａ、Ｂ如（1）带电后，内球Ａ接地。 +q1 -q1 -q2+