静电感应的应用

静电感应的应用

老师：同学们，在上新课之前老师想打一个电话。哎，怎么是你所拨打的电话无法接通呢？怎么回事？诶，你的手机呢？被人藏在茶叶罐里了。现在我在打一个看看，哦，拨通了。很奇怪，前面它躲到茶叶罐里，为什么就接收不到信号了呢？大家带着这个疑问，学习本节课的内容——静电感应的应用。

老师：同学们，请回忆一下金属导体的微观结构是怎样的？

学生：自由电子做杂乱无章的运动，正电荷在它的平衡位置的作来回振动。

老师：嗯，回答得很好。那现在如果外加一个电场，导体中的自由电子会怎样会动呢？

学生：逆着电场线的方向运动。

老师：那电子会在哪些地方聚集呢？

学生：在导体的两端堆积。

老师：电子的聚集会出现一个怎样的结果呢？

学生：内部场强减弱。

老师：嗯。很好，由于静电感应的作用，在导体两端产生的感应电荷，那么感应电荷也会产生一个电场，与外电场方向相反，从而削弱导体内部的电场。同学们，最后会出现什么现象呢？

学生：内部电场为零。

老师：很好。为什么内部电场会为零呢？想一想，如果导体内部电场不为零，那么电子还会因为受到电场力的作用而继续运动，所以我们知道最后出现的结果是导体内部电场为零。像这样的导体内部的自由电子不再发生定向移动的状态叫做静电平衡状态。同学们，注意，我们导出静电平衡是加外电场的情况下，但是有一带电体在没有外电场的情况下，最后自由电子也没有发生运动，那么我们也称这个状态叫做静电平衡状态。所以在这里我们要抓住静电平衡的本质，本质就是到体内合场强为零。那么静电平衡有哪些特点呢？

静电平衡的本质是什么？导体内电场为零，所以我们得出了静电平衡的第一个特点。那么同学们，我们假想有一个电荷，它从到体内的一点移到另一点，请问电场力做功了么？

学生：没有。

老师：为什么呢？是不是导体内部没有电场，那么也就没有电场力的作用，所以电场力做功为零，说明电势能没有改变，也就说明整个导体是一个等势体。同样的，如果在导体表面移动一电荷，那么是不是说明了导体表面是一个等势面。那么，我们就得到了静电平衡的第二个特点：处于静电平衡的导体是一个等势体，它的表面是一个等势面。同学们，在之前，我们学过，电场线与等势面有什么关系？

学生：电场线与等势面垂直。

老师：对，导体表面是一个等势面，并且电场线与等势面垂直，所以导体表面的电场就垂直于导体的表面。这是导体处于静电平衡状下电场的三个特点。导体在静电平衡时电场的特点没有应用呢？假如我们

将一导体挖空，变成一空腔导体，同学们想想，空腔内有电场么？学生：没有

老师：为什么呢？是不是和上面的解释是一样的，因为空腔导体达到了静电平衡，所以内部没有电场。我们来看一个视频，验证一下我们的想法。大家要观察验电器指针的变化。（看视频）看了这个视频大家能总结怎样一个结论呢？

学生：空腔导体内部不受到外电场的影响。

老师：很好。就是空腔导体或者是金属罩有保护其内部的空间不受到外部电场的影响。也就是说，外部电场只能在空腔导体或金属罩之外，而不会进入空腔内部。所以导体壳内空腔里的电场也处处为零。当然，现在我们也可以解释上课时出现的现象。手机放在金属罐里，受到保护作用，所以不受到外部电磁场的干扰。那个视频的为什么在那么高的电压下，人和鸟可以安然无恙，也得到了答案。因为他们都有一个保护壳，屏蔽了外部的电场。