大学物理课件 (4) 22页

\n•物质的电结构价电子–单个原子的电结构内层电子受外层电原子内部壳子的屏蔽在原子中层的电子结合得比一般都填满较紧每一个壳层填充在最外层的电子与核的结合较弱，容易摆脱原子核的束缚——称为价电子——自由电子\n导体、绝缘体和半导体•虽然所有固体都包含大量电子，但导电性能差异很大–导体：•导体中存在着大量的自由电子•电子数密度很大，约为1022个/cm3–绝缘体•基本上没有参与导电的自由电子–半导体•半导体中自由电子数密度较小，•约为1012～1019个/cm3\n§6-1静电场中的导体一导体的静电平衡状态静电感应：+++++++++感应电荷在外电场影响下，导体中的电荷重新分布的现象。\n静电平衡：--++EEE＇00-+-E′+-+E=0E--++oE—导体内电场强度--+-+E—外电场强度-+0＇—感应电荷电场强度E导体内部和表面没有电荷的宏观定向运动。\n一般情况\n二导体静电平衡条件（1）导体内部任何一点处的电场强度为零；（2）导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直.导体表面是等势面en导EdlE体是UEdl0dle等+++τ势++导体内部电势相等体+BUEdl0AABAB\n三静电平衡态下导体的电荷分布1.在静电平衡时，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。⑴带电的实心导体1+++++EdSq+++i+S+E=00S+++++E0q0+++++i导体内部没有净电荷，电荷只能分布在导体表面。\n（2）带电空心导体，腔内无电荷+++++++1+EdSq0++iSE=0S+0+如内表面A点带++UEdl0+正电，B带负电ABAB+++++电荷分布在导体外表面，导体内部和内表面无净荷。空腔内处处E=0，空腔内处处电势相等。（3）带电Q的空心导体，腔内有电荷qQ+q++++++++-E0q0--+i++-+q-E=0S+qq+--+-++++++电荷分布在导体内外两个表面，内表面带电-q，外表面带电Q+q。\n2.在静电平衡时，导体表面邻近处场强的大小与该点的电荷密度σ成正比。其方向与导体表面垂直。ESEdSESSoΔSEo3.在静电平衡时的孤立导体，其表面处面电荷密度与该表面处曲率半径有关，曲率半径越小的地方电荷密度越大，曲率半径越大的地方电荷密度越小。+++++++++++++++++\n四尖端放电现象E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，可使尖端附近的空气发生电离而成为导体产生放电现象，即尖端放电.尖端放电现象的利与弊雷击对地面上突出物体（尖端）的破坏性；高压设备尖端放电漏电损耗电能；还会干扰精密测量和对通讯产生危害。\n•应用实例：•避雷针•高压输电中，把电极做成光滑球状•静电复印机：利用加高压的针尖产生电晕使硒鼓和复印纸产生静电感应，从而使复印纸获得与原稿一样的图象。++++-++++++++-电风实验\n五静电屏蔽1.屏蔽外电场EE外电场空腔导体屏蔽外电场空腔导体可以屏蔽外电场,使空腔内物体不受外电场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等.\n2.屏蔽腔内电场+接地空腔导体将使外部空间不受空腔++内的电场影响。q++q空间各部分的电场强度如何分布？+++q\n讨论：•静电屏蔽是由导体静电平衡条件决定•由于电荷有正、负——静电屏蔽•静电屏蔽应用：屏蔽室、高压带电操作等•要透彻理解“静电屏蔽”问题要用到静电场边值问题的唯一性定理。\n\n\n例1.一外半径R，内半径为R的金属球壳。在球壳中放32一半径为R的金属球，球壳和球均带有电量10-8C的正1电荷。问（1）电荷分布。（2）球和球壳的电势。（3）用导线把球和球壳连起来，回答（1）（2）。(4)将球壳外接地，再回答（1)（2)。解（：1）内球表面带电+q；+++-球壳内表面带电-q；+--++R球壳外表面带电+2q+1++-R2++-+R（2）E0（rR3）4ro\n+q+-+E0E22+-+-+14r+R1+o+-R2++-+2qR3E0E++344r2+-+-+o+-2q2q++VEdldr壳4R2R334r4Roo3R2R3VEdlEdlEdlEdl球RR2R3R41123R2qdr2qdr22R14rR34rooq112qq1124oR1R24oR34oR1R2R3\n+(3)内球和壳连接:+-+--++内球和壳内表面不带电；+R+13+壳外表面带电+2q+-R2++-+++R31E0(rR3)4r02qdr2qVVEdl球壳R2R24R334r030\n（4）壳外表面接地：+-++壳外表面不带电；+--+++R内球表面带电+q；V0++31++壳+-R2++-+球壳内表面带电-qR++++13+-++-+E10(rR)32RRR2qdr23V球RE2dlRE3dlR14r2120q11()4RR012\n例2.两块大导体平板，面积为S，分别带电q和q，极12板间距远小于平板线度。求平板各表面电荷密度。解：电荷守恒SSq121qq12SSq342由静电平衡条件，导体板内E=0。12341234E0A2222oooo1234EB0AB2222OOooq1q2q1q214232S2Sq讨论：q1q2q14023S