静电场中的导体上课讲述.ppt

根据电结构，物质可以分成两类： 导体：内部有大量的可以自由移动的电荷。 金属导体：自由电子导电（1028m-3） 电介质（绝缘体）：无自由电荷，不导电。 §7.7 静电场中的导体 一、导体的静电平衡 一 静电感应 静电平衡条件 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. 导体内部电势相等 导体表面是等势面 二 静电平衡时导体上电荷的分布 1　实心导体 结论处于静电平衡的导体内部无电荷 2　有空腔导体 空腔内无电荷 电荷分布在表面上 内表面上有电荷吗？ 若内表面带电 所以内表面不带电 结论 电荷分布在外表面上（内表面无电荷） 空腔内有电荷 电荷分布在表面上 内表面上有电荷吗？ 3　导体表面电场强度与电荷面密度的关系 表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比 注意 导体表面电荷分布与导体形状以及周围环境有关. 4　导体表面电荷分布 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 . 尖端放电会损耗电能。 然而尖端放电也有很广泛的应用 . 尖端放电现象 尖端放电现象的利与弊 避雷针 空气中的直流高压放电图片： 避雷针必须可靠接地 带电云 避雷针的工作原理 + + + + － － － － － + + － + 例1 如图,面积各为S的两导体大平板A、B,分别带电荷QA、QB.求各板面上的面电荷密度?1、?2、?3、?4. 解： 各板面可视为无限大均匀带电平面. 由电荷守恒及静电平衡条件, 有 ?1+?2=QA/S ① (QA=const.) ③④→ (外侧——等量同号!) (内侧——等量异号!) ?3+?4=QB/S ② (QB=const.) ?1-?2-?3-?4=0 ③ (EA=0) ?1+?2+?3-?4=0 ④ (EB=0) ①②⑤⑥→ [讨论] ①若QB=0 ——两板内、外侧均有电荷! ②若B板接地 则UB=0 ? ?4=0 (否则有电场线外延, UB?0) 导体接地(不管其哪一部分接地),则其远离另一带电体的一端不带电? Note: 例2 如图,金属球带电荷q,金属球壳带电荷Q. 求此系统的电荷分布. 解： 设从内到外三个球面上电荷各为q1,q2,q3 则 q1=q q2=-q (高斯定理) q3=Q+q (电荷守恒) [讨论] ①若球壳接地 则U壳=0 ?q3=0 (否则有电场线外延, U壳?0) q1=q, q2=-q ②若内球接地 则U球=0 ?q1?0 (否则q2=0, q3=Q, U球?0) 设q1=q?，则q2=-q?，q3=Q+q? ③若内球接触球壳后再返回原处 则 q1=0 (接触?一体?电荷分布于外表面) q2=0, q3=Q+q 例3 将一负电荷移到一不带电的导体附近,则导体内的场强 ,导体的电势 .(填增大、不变、减小) 解： ⑴不变. (场强保持为零) ⑵减小. [讨论] ①若将导体左端接地，则 (A)导体上的正电荷入地． (B)导体上的负电荷入地． (C)导体上的电荷不动． (D)导体上的所有电荷都入地． Answer: (B) ②若导体是球形的,半径为R,点电荷-q 与球心相距r,则U导=? Hint： ③接上,若将球形导体接地, 则Q?导=? Answer: Q?导= Rq/r 1　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. 静电屏蔽 接地空腔导体 将使外部空间不受 空腔内的电场影响. 接地导体电势为零 2　屏蔽腔内电场 物理实质：壳外及导体外表面的电荷，在腔内产生的场强为零；壳内及导体内表面的电荷，在腔外产生的场强为零． 例 有一内半径 和外半径 的金属球壳，在球壳内放一半径 的同心金属球，若使球壳和金属球分别带有 的正电荷，问(1) 两球体上的电荷如何分布？球心的电势为以及球壳内外表面的电势多少？ （2）小球与球壳的电势差？（3）若球壳接地，小球与球壳的电势差？ 解 （1）根据电势叠加原理 （2）两球的电势差 （3）球壳接地