2022-2023学年高二物理竞赛课件：静电场中的导体(Conductors)

静电场中的导体(Conductors) 导体的静电平衡条件 一、所研究的导体 1 . 各向同性的均匀的金属导体。 2. 金属导体的电结构特征：带负电的自由电子和带正电的晶体点阵。 二、导体的静电平衡状态 导体内部和表面都没有电荷定向移动的状态。 静电场中的导体(Conductors) 2 三、导体的静电平衡条件 1.导体静电平衡的微观过程 - - - - - - + + + + + + 感应电荷 内外场互相抵消，电荷不再流动 体内合场强为零（等势体），表面场强垂直表面（等势面） 3 （1）导体内部任何一点的场强为零。 （2）导体表面上任何一点的场强方向垂直于该点的表面。 2.静电平衡条件 电场表述 静电平衡，导体是等势体，其表面是等势面。 3. 静电平衡条件 电势表述 导体内部场强处处为零 整个导体是等势体 导体表面场强处处垂直表面 导体表面是等势面 4.导体静电平衡条件的两种表述等效 导体上的电荷只能分布在表面上，其内部没有净电荷。 S P P点任意， 高斯面任意。 5 导体腔， 若导体腔内无电荷，则导体电荷只分布在空腔的外表面； 若导体腔内有电荷，则导体导体电荷分布在空腔的内、外表面，内外表面电荷代数和为零。 + + + + + + - + + - + + + - 等势体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 6 导体表面面电荷密度决定场强（成正比）。 σ P 7 导体表面形状决定电荷密度（和曲率成正比），曲率为负（凹进去）的地方电荷面密度更小。 q Q R r 电势 等势体的电荷分布 + + + + + + - + + - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 形状决定电荷密度，密度连续变化 两种不同的拓扑结构，密度的差别 尖端放电(Point Discharge) + + + + + + + + + + + - - + + 电风 预防和利用尖端放电：焊接电弧，避雷针，等等 10 例1：一块无限大金属板，面积S，带电Q，在其近旁再放一块平行大金属板，不带电。(1) 求静电平衡时，金属板上的电荷分布及周围空间的电场分布。(2) 如果把第二块金属板接地，最后情况又如何？（忽略金属板的边缘效应。） σ1 σ2 σ3 σ4 解：(1)无限大，电场垂直平板。电荷分布在四个表面。设电荷密度分别为σ1、σ2、σ3和σ4。 Q S 11 利用静电屏蔽 精密仪器加金属罩 高压设备置于接地金属壳内 暴风雨中在汽车内躲避 法拉第笼 $