2021-2022学年高二物理竞赛课件：静电场中的导体（15张PPT）.pptx

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1、静电场中的导体静电场中的导体一、导体的静电平衡性质一、导体的静电平衡性质一、导体的静电平衡性质一、导体的静电平衡性质 金金属属导导体体:带带负负电电的的自自由由电电子子和和带带正正电电的的晶晶格格点点阵阵组组成成。当当导导体体不不带带电电也也不不受受外外电电场场的的作作用用时时，只有微观的热运动。只有微观的热运动。静电场中的导体静电场中的导体1.金属导体金属导体(conductor)的电结构的电结构 热热热热平平平平衡衡衡衡特特特特征征征征：任任意意划划取取的的微微小小体体积积元元内内，自自由由电电子子的的负负电电荷荷和和晶晶体体点点阵阵上上的的正正电电荷荷的的数数目目相相等等，整整个个导体或

2、其中任一部分都显现电中性。导体或其中任一部分都显现电中性。例例.一一半径为R的均匀带电球体，带电量为q。求其电势分布。解：解：解：解：由电荷分布可知，电场由电荷分布可知，电场由电荷分布可知，电场由电荷分布可知，电场沿径向沿径向沿径向沿径向由高斯定理由高斯定理由高斯定理由高斯定理例例.求无限大均匀带电平面()场中电势分布。电场分布电场分布电荷无限分布，在有限远处选零势点电荷无限分布，在有限远处选零势点.令令 ，沿沿 轴方向积分。轴方向积分。Ux曲线如图曲线如图 电场中电势相等的点组成的面叫电场中电势相等的点组成的面叫等势面。规定等势面。规定相邻等势面之间的电相邻等势面之间的电势差相等。势差相等。

3、等势面的疏密反映了场的强弱等势面的疏密反映了场的强弱1.等势面等势面(equipotential surface)2.电场线与等势面的关系电场线与等势面的关系等势等势等势等势=01)电场线处处垂直于等势面电场线处处垂直于等势面 在等势面上任取两点在等势面上任取两点P1、P2，则，则等势面等势面等势面等势面 电势梯度电势梯度电势梯度电势梯度2)电场线指向电势降的方向电场线指向电势降的方向3.电场强度与电势的关系电场强度与电势的关系UU+dUba 结论：结论：结论：结论：电场中某一点的电场强度沿任一方向的分量电场中某一点的电场强度沿任一方向的分量等于这一点的电势沿该方向的方向导数的负值。等于这一点

4、的电势沿该方向的方向导数的负值。电势分别为电势分别为U和和U+dU的邻近等势的邻近等势面，面，为等势面法向且指向电势升为等势面法向且指向电势升高的方向，如有正的试验电荷从高的方向，如有正的试验电荷从a点点移到移到b点，则电场力做功：点，则电场力做功：称电势梯度矢量，记为称电势梯度矢量，记为称电势梯度矢量，记为称电势梯度矢量，记为 电势梯度的大小等于电势在该点最大空间变化率；电势梯度的大小等于电势在该点最大空间变化率；方向沿等势面法向，指向电势增加的方向。方向沿等势面法向，指向电势增加的方向。矢量式：矢量式：在圆环上取电荷元在圆环上取电荷元 ,令令解：解：Pxxar 例例.均匀带电圆环，带电量为

5、q，半径为a，求轴线上任意一点P的电势和电场强度。静电场静电场相互作用相互作用相互影响相互影响感应电荷感应电荷极化电荷极化电荷电荷重新分布电荷重新分布电场重新分布电场重新分布影响影响 原有电场原有电场静电平衡状态静电平衡状态基本定理的特殊应用基本定理的特殊应用仅仅 限限 于于 各各 向向 同同 性性的的均均匀匀金金属属导体和电介质导体和电介质导体、导体、电介质电介质导体的静电平衡条件导体的静电平衡条件 静静静静电电电电感感感感应应应应(electrostatic induction)：在在外外电电场场影影响响下下，导导体体表表面面不不同同部部分分出出现现正正负负电电荷荷重重新新分分布的现象。布

6、的现象。静静静静电电电电平平平平衡衡衡衡(electrostatic equilibrium)：导导体体内内部部和和表表面面没没有有电电荷荷的的宏宏观观定向运动。定向运动。问题：当问题：当问题：当问题：当静电平衡时导体表面电荷怎样分布？静电平衡时导体表面电荷怎样分布？静电平衡状态静电平衡状态静电感应现象过程静电感应现象过程导导体体(带带电电或不带电或不带电)自由电子作宏自由电子作宏观定向运动观定向运动导体表面一端带负电,另一端带正电,称感应电荷感应电荷.自由电子宏观定向运动停止外电场作用下外电场作用下电荷重新分布附加电场induced charge静电平衡时导体中的电场特性静电平衡时导体中的电场特性 1)1)导导导导体体体体内内内内部部部部的的的的场场场场强强强强处处处处处处处处为为为为零零零零。导导导导体体体体表表表表面面面面的的的的场场场场强强强强垂垂垂垂直直直直于于于于导导导导体体体体的的的的表表表表面。面。面。面。2)2)导导导导体体体体内内内内部部部部和和和和导导导导体体体体表表表表面面面面电电电电势势势势处处处处处相等，整个导体是个等势体。处相等，整个导体是个等势体。处相等，整个导体是个等势体。处相等，整个导体是个等势体。-FEE