高二物理第3讲：静电现象和电容器-讲义（教师版）.pdf

第三讲：静电现象和电容器

学习目标

1.静电现象及其原理

2.电容器原理及应用

一、一、静电现象

静电平衡

1．静电感应现象

把一不带电的金属导体放到电场强度为的电场中．由于静电感应，导体内的自由电子在

静电力的作用下向电场线的反方向移动，使导体的一侧聚集负电荷，导体另一侧聚集等量的正电荷．

2．静电平衡状态

导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，其电场强度为．因与原来的电

场方向相反，叠加的结果是使导体内部的电场逐渐减弱，直到导体内部各点的电场强度为止（图

丙），导体内的自由电子不再发生定向移动．这时我们就说，导体达到了静电平衡（

）状态．

说明静电平衡是瞬间完成的．

3．处于静电平衡状态的导体的特征

①处于静电平衡的导体是一个等势体，导体表面是一个等势面；

②导体内部没有自由电荷，自由电荷只分布在导体表面；

③在导体表面，越尖锐的位置，电荷密度越大．

④导体内场强处处为、导体表面场强垂直于表面．

【解释】

1

①处于静电平衡状态的导体，内部的电场强度处处为．

如果导体内部某处的电场强度不为，那么该处的自由电子必将在静电力的作用下继续发生定向移动，

直至达到静电平衡状态．

②导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面．这是因为，假如导体内部有电荷，导体内

部的场强就不可能为零，自由电荷就会发生定向移动，导体也就没有处于静电平衡状态．

③在导体外表面越尖锐的位置，电荷的蜜度（单位面积的电荷量）越大，周围的电场强度越大，而

凹陷的位置几乎没有电荷．

④处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的电场强度方向必定与这点的表面垂直．

如图所示，假如导体表面的电场强度方向与该点的表面不垂直，则沿表面有电场强度的切向分量，在导

体表面的自由电荷将受到静电力作用而发生定向移动，这与静电平衡相互矛盾．

尖端放电

1．空气的电离

在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈的运动，并与空气分

子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离，这个现象叫作空气的电离．

2．尖端放电

中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子．这些带电粒子在强电场的作

用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子．那些所带电荷与导体尖端的

2

电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷，

这个现象叫作尖端放电．

3．尖端放电的应用和防止

应用：避雷针是利用尖端放电避免建筑物遭受雷击的设备；燃气灶中的电子打火器的放电电极做成

针状，加上电压时容易产生电火花．

防止：尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应做到尽可能平滑．

静电屏蔽

1．定义

把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有电场，由于壳内电场强度保持为，外电场对壳

内的仪器不会产生影响．金属壳的这种作用叫作静电屏蔽．

注意实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也可起到屏蔽作用．

2．静电屏蔽的实质

静电屏蔽的实质是利用静电感应现象，使金属壳内感应电荷产生的电场和外加电场的矢量和为零，

好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零．

3．静电屏蔽的应用和危害

（1）应用

①为防止外界电场的干扰，有些电子设备的外面套有金属壳，如通信电缆的外层包有一层金属线来

进行静电屏蔽．

②野外高压输电线上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏

蔽起来，免遭雷击．

（2）危害

航天飞机、飞船返回地球大气层时，由