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静电平衡状态、电容器

审稿：李井军责编：张金虎

目标认知

学习目标

1、知道静电平衡状态的特点，了解到达静电平衡状态的微观过程

2、了解静电屏蔽的意义和实际运用

3、了解电容器的构造，理解电容器的电容的意义和定义，知道电容器的一些运用

4、理解平行板电容器的电容的决定式的意义，知道平行板间电场的特点，并能进行一些相关的计算和

分析。

学习的重点和难点

1、静电平衡状态的特点和实际运用

2、电容器、平行板间电场的特点

知识要点梳理

知识点一：静电平衡状态及其特点

1、静电平衡状态

要点诠释：

〔1〕静电平衡状态的定义：处于静电场中的导体，当导体内部的自由电荷不再发生定向移动时，我们说导体到达了静电平衡状态。

〔2〕静电平衡状态出现的原因是：导体在外电场的作用下，两端出现感应电荷，感应电荷产生的电场和外电场共同的作用效果，使得导体内部的自由电荷不再定向移动。〔导体内部自由电荷杂乱无章的热运动仍然存在着〕

2、静电平衡状态的特点

要点诠释：

特点一：处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。

导体内部的场强E是外电场E0和感应电荷产生的场E/的叠加，即E是E0和E/的矢量和。当导体处于静电平衡状态时，必定有感应电荷的场与外电场大小相等、方向相反，即：E0=－E/。

特点二：处于静电平衡状态的导体，其外表上任何一点的电场强度方向与导体外表垂直。

如果导体外表的场强不与导体外表垂直，必定存在着一个切向分量，这个切向分量就会使得导体外表的自由电荷沿着外表切线方向运动，那么，导体所处的状态就不是平衡状态，与给定的平衡状态相矛盾，所以导体外表的场强方向一定与导体外表垂直。如下图：

问题思考：导体到达静电平衡时，在导体内部移动电荷，或沿导体外表移动电荷，电荷是否受到电场力作用，电场力是否对电荷做功？

分析解答：由于导体到达静电平衡时导体内部场强处处为0，所以在导体内部移动电荷时，电荷不受电场力作用，没有电场力对电荷做功。在导体外表移动电荷，电荷受到垂直于导体外表的电场力作用，但电场力与电荷移动方向垂直，电场力还是不做功。根据。

特点三：到达静电平衡状态下的导体是一个等势体，导体外表是一个等势面。

由上面的思考题知道，无论是在导体内部还是在导体的外表上或者是由导体的内部到外表上移动电荷，电场力都不做功，这就说明了导体上任何两处电势差为零，即整个导体处处等势。

特点四：静电平衡状态导体上的电荷分布特点：

〔1〕导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外外表

〔2〕导体外表越锋利的地方电荷密度越大，凹陷的地方几乎没有电荷。

如图1所示，用带有绝缘柄的金属球e接触带电圆筒C的外壁时，能够使得验电器A的箔片张开；而金属球e接触带电圆筒C的内壁时，验电器的箔片不张开，如图2所示。这就说明了带电圆筒的内壁不带电，电荷只分布在圆筒的外外表。

图1图2

知识点二：静电屏蔽及其应用

要点诠释：

1、静电屏蔽

将电学仪器用金属外壳或者金属网包围起来，以防止外电场对它的影响，金属网或者金属壳的这种作用就叫做静电屏蔽。

2、实验及解释：

如图甲所示，使带电的导体接近验电器，静电感应使得验电器的金箔张开。假设用一个金属网将验电器罩住，再使带电金属球靠近，验电器的金箔不会张开，如图乙所示，即使用导线把验电器和金属网连接，箔片也不张开。可见金属网可以把外电场遮住——由于静电感应使金属网内部场强为0，使内部不受外电场的影响。

知识点三：电容器及其电容

1、电容器

要点诠释：

〔1〕定义：任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体，可看成是一个电容器。

广义地说一个孤立的导体也是一个电容器，例如一个导体球就是一个电容器，地球是一个大电容器。高中阶段研究的是两个导体构成的电容器。

〔2〕电容器的充、放电：电容器有携带电荷、储存电荷的能力

电容器充电：使电容器带电的过程，也是电源的能量转化为电场能的过程。

电容器放电：使电容器上的电荷减少的过程，也是电场能转化为其它形式能的过程。

瞬间的充、放电过程电路中有电流通过，平衡后两板带等量异种电荷。

〔3〕电路符号：

2、电容器的电容

〔1〕电容的意义：

定义电容这一物理量是为了描写电容器带电的性质，通俗的说就是电容器储存电荷的能力。

〔2〕电容器电容的定义：

电容器所带电量的绝对值与所加电压的比值，用字母C表示。

定义式：，其中Q为其中一个导体所带电量的绝对值，U为两个导体之间的