2021-2022学年高二物理竞赛课件：静电场中的导体（33张PPT）.pptx

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1、静电场中的导体静电场中的导体静电场中的导体静电场中的导体一、静电感应与静电平衡一、静电感应与静电平衡 静电感应静电感应 在静电场力作用下，导在静电场力作用下，导体中电荷重新分布的现象。体中电荷重新分布的现象。导体的静电感应过程导体的静电感应过程无外电场时无外电场时导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外

2、+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后+E外外+导体的静电感应过程导体的静电感应过程加上外电场后加上外电场后+E外外+导体达到静电平衡导体达到静电平衡+E+E外外E感感+=内内0E外外E感感 静电平衡静电平衡 导体中电荷的宏观定向运导体

3、中电荷的宏观定向运动终止，电荷分布不随时间改变。动终止，电荷分布不随时间改变。静电平衡条件静电平衡条件：用用场强场强来描写：来描写：1.导体内部场强处处为零；导体内部场强处处为零；2.表面场强垂直于导体表面。表面场强垂直于导体表面。用用电势电势来描写：来描写：1.导体为一等势体；导体为一等势体；2.导体表面是一个等势面。导体表面是一个等势面。金属球放入前电场为一均匀场金属球放入前电场为一均匀场E金属球放入后电力线发生弯曲金属球放入后电力线发生弯曲 电场为一非均匀场电场为一非均匀场+E二、静电平衡时导体上的电荷分布二、静电平衡时导体上的电荷分布 1、实心导体实心导体 由于导体内的电场为零，经过导

4、体内任由于导体内的电场为零，经过导体内任何小体积单元的表面的电场通量恒为零，根何小体积单元的表面的电场通量恒为零，根据高斯定理指出据高斯定理指出q=0，因此在导体内各点，因此在导体内各点的净电荷也为零。也即表示在静电平衡下，的净电荷也为零。也即表示在静电平衡下，电荷只分布在导体表面。电荷只分布在导体表面。结论结论：电荷分布在导体电荷分布在导体 表面，导体内部表面，导体内部 场强处处为零。场强处处为零。+2.空腔导体空腔导体 （1）腔内无带电体：）腔内无带电体：当导体壳内没有其当导体壳内没有其他带电体时，在静电平他带电体时，在静电平衡下，导体壳的内表面衡下，导体壳的内表面上处处没有电荷，电荷上处

5、处没有电荷，电荷只能分布在外表面。只能分布在外表面。空腔内没有电场，或者说，空腔内的空腔内没有电场，或者说，空腔内的电势处处相等。电势处处相等。（2）腔内有带电体：）腔内有带电体：腔体内表面所带的电量和腔内带电体所腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异号，腔体外表面所带的电量带的电量等量异号，腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定。由电荷守恒定律决定。+q1q1q1+q2放入放入 后后q1q2未引入未引入 时时q13、表面电荷面密度与曲率半径关系、表面电荷面密度与曲率半径关系 对于形状不规则的带电导体，电荷在对于形状不规则的带电导体，电荷在外表面的分布是不均匀的。外表面的分布是不均匀

6、的。实验指出：导体表面电荷面密度与曲实验指出：导体表面电荷面密度与曲率半径有关率半径有关。(1)表面凸出曲率半径愈小，表面凸出曲率半径愈小，电荷面密度愈大；电荷面密度愈大；(2)表面凸出曲率半径愈大，表面凸出曲率半径愈大，电荷面密度愈小；电荷面密度愈小；(3)表面凹进去的地方表面凹进去的地方(曲率为负曲率为负)，电荷面密度更小。电荷面密度更小。三、静电屏蔽三、静电屏蔽 在静电平衡状态下，腔内无其他带电在静电平衡状态下，腔内无其他带电体的导体壳和实心导体一样，内部没有电体的导体壳和实心导体一样，内部没有电场。只要达到了静电平衡状态，不管导体场。只要达到了静电平衡状态，不管导体壳本身带电或是导体处

7、于外界电场中，这壳本身带电或是导体处于外界电场中，这一结论总是对的。一结论总是对的。这样，这样，导体壳的表面就导体壳的表面就“保护保护”了它了它所包围的区域，使之不受导体壳外表面上所包围的区域，使之不受导体壳外表面上的电荷或外界电场的影响，这个现象称为的电荷或外界电场的影响，这个现象称为静电屏蔽静电屏蔽。静电屏蔽的应用静电屏蔽的应用例如：为了使一些精密的电磁测量仪器不例如：为了使一些精密的电磁测量仪器不受外界电场的干扰，通常受外界电场的干扰，通常在仪器外面加上在仪器外面加上金属罩金属罩。实际上金属外壳不一定要严格封。实际上金属外壳不一定要严格封闭，甚至用金属网作成的外罩就能起到相闭，甚至用金属

8、网作成的外罩就能起到相当好的屏蔽作用。当好的屏蔽作用。有时要使一个带电体不影响外界，这有时要使一个带电体不影响外界，这时可以把这带电体放在接地的金属壳或金时可以把这带电体放在接地的金属壳或金属网内。属网内。静电屏蔽原理静电屏蔽原理：我们假设带电体带正电。有了金属外我们假设带电体带正电。有了金属外壳之后，其内表面出现等量的负电荷。由壳之后，其内表面出现等量的负电荷。由内部带电体出发的电力线就会全部终止在内部带电体出发的电力线就会全部终止在外壳内表面等量的负电荷上，使电力线不外壳内表面等量的负电荷上，使电力线不能穿出导体壳。这样就把内部带电体对外能穿出导体壳。这样就把内部带电体对外界的影响全部隔绝

9、了。界的影响全部隔绝了。+然而，如果外壳不然而，如果外壳不接地，在它的外表面还接地，在它的外表面还有等量的感应电荷，它有等量的感应电荷，它的电场将对外界产生影的电场将对外界产生影响。响。如果把外壳接地，则如果把外壳接地，则由于内部带电体的存在而由于内部带电体的存在而在外表面产生的感应电荷在外表面产生的感应电荷将流入地下，这样，内部将流入地下，这样，内部带电体对外界的影响全部带电体对外界的影响全部消除了。消除了。说得确切一点，应是说得确切一点，应是外壳内表面的负电荷在导外壳内表面的负电荷在导体壳外产生了一个电场，体壳外产生了一个电场，它和内部带电体在导体壳它和内部带电体在导体壳外产生的电场处处抵

10、消。外产生的电场处处抵消。+S=+0D=表表S+0D表表=E表表DS四、导体的表面场强四、导体的表面场强D.dSD.dSs=侧侧D.dS内内D.dS表表+=1ao22o23o24o20点：点：例例7-7 已知两金属板带电分别为已知两金属板带电分别为 Q1，Q2。求：求：1,2，3，4E4E31EE2.a2143Q1Q2+b=1o22o23o24o20点：点：.a2143Q1Q2.bE1EEE234=1ao22o23o24o20点：点：例例7-7 已知两金属板带电分别为已知两金属板带电分别为 Q1，Q2。求：求：1,2，3，4S3=S2S1S4+Q1=2Q12=Q+4=Q1S223=2Q=Q1S

11、2解得：解得：+=1o22o23o24o20=1o22o23o24o20再讨论几种特殊情况：再讨论几种特殊情况：(1)若若 Q1=-Q2 =Q，则则1=4=0，2=-3=Q/S；(2)若若 Q1=Q2 =Q，则则1=4=Q/S，2 =-3 =0；QS-QS-00+QS00QS+(4)若若 Q1 Q2，但，但 B 板接板接地。此时地。此时 B 板上电荷守恒板上电荷守恒条件不满足了，但条件不满足了，但 B 板电板电势为零，则势为零，则 B 板右侧上应板右侧上应没有电荷分布，只在与没有电荷分布，只在与 A 板相对的一面板相对的一面(左侧左侧)保留保留与与 A 板等量异号电荷，见板等量异号电荷，见右下图。右下图。(3)若若 Q2=0，则则 1=4=Q/2S，2 =-3 =Q/2S；Q2SQ2SQ2SQ2S-+-Q1SQ1S-00+-