第二章导体和电介质中的静电场电磁学教案.pdf

学习必备 欢迎下载 第二章 导体和电介质中的静电场 一、目的要求 （1）深刻理解导体静电平衡的条件和特点。 （2）了解导体的电容和电容器。 （3）掌握求电容的各种方法。 （4 ）掌握介质极化机制，熟悉极化强度、极化率、介电常数等概念。 （5）会求解极化强度和介质中的电场。 （6）理解电场能量、能量密度概念，会求电场的能量 。 二、教学内容 第一节 静电场中的导体（ 2 学时） 第二节 导体的电容 电容器（ 2 学时） 第三节 静电场中的电介质（ 2 学时） 第四节 静电场的能量（ 2 学时） 三、教材分析 本章主要研究导体和电介质在静电场中的静特性， 其基本思路是： 导体的电 结构→静电平衡条件→静电场中导体的特性→静电场中导体特性的应用→电容、 静电屏蔽、 尖端放电。 电介质的电结构→静电场中电解质的极化→电解质的极化 规律→有介质的高斯定理。 四、重点难点 本章的重点是导体静电平衡的特性，难点是电解质的极化规律。。 第一节 静电场中的导体 一、教学内容 （1）电场力的功 （2）环路定理 （3）电势 电势能 二、教学方式 讲授 三、讲课提纲 学习必备 欢迎下载 1. 导体的静电平衡的条件 物质按导电性能可分为导体、 绝缘体 ( 也叫电介质 ) 和半导体三类。 金属导体 只所以能很好地导电， 是由它本身的结构所决定的。 金属导体原子是由可以在金 属内自由运动的最外层价电子 ( 称为自由电子 ) 和按一定分布规则排列着的晶体 点阵正离子组成， 在导体不带电或无外电场作用时， 整个导体呈电中性。 但将导 体放在静电场中时，导体中的自由电子在电场力的作用下将逆着电场方向移动， 从而使导体上的电荷重新分布， 一些区域出现负电荷而另一些地方出现等量正电 荷，发生静电感应现象。 导体在外电场 E 0 中发生静电感应产生的感应电荷也要激发电场， 这个场强 E’与外电场的场强 E 0 方向相反，因此总场强 E = E 0 +E’将减小，如图所示。 但只要 E 0 ＞E’ 即 E 0 0 自由电子就将继续定向移动， E 不断增大，直至 达到导体内总场强 E＝0，自由电子定向移动停止，如图所示。我们把这种电荷 没有宏观运动的状态叫静电平衡状态。 由此可见，导体静电平衡条件就是导体内 任意一点的场强都为零，因为只要那一点的 Ei ≠0，则导体内部的自由电子就会 产生定向移动，就没有达到平衡。 2. 静电平衡导体的性质 (1) 导体内任意一点的场强都为零。 (2) 导体是一个等势体，导体表面是一个等势面。因为导体内任意两点的电 势差 U ab b E dl , 而各点的 E＝0，所以 U ab 0 , 即任何两点无电势差而为 a 等势体，导体表面也就是一个等势面了。 (3) 导体表面的场强皆垂直于导体表面，大小为。因为若场强与导体表面不 垂直，则沿着导体表面的场强分量不为零， 这样导体上的电荷就会定向移动， 就 未达到平衡状态，所以导体静电平衡时必然表面场强垂直于导体表面。 如图所示，在导体表面