高中物理选修3-1第一章课件静电场中的导体

不满足静电平衡条件高中。物理选修3-1第一章课件静电
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场中的导体
3.静电平衡状态导体空腔的的性质 静电屏蔽
1.静电平衡状态导体空腔内无带电体时的特点
结论1：空腔内表面处处无净电荷，全部电荷分布于外 表面。
证明：在导体内作高斯面，
SEdS0q
导体内 E0, q0
导体内表面电荷是否会等量异号？
设内表面A处e>0 ,B处e<0，两者之间就必有电力线
2、外球接地后再绝缘：
q3 0, q2 q
电势分布： r R1
U1
q
4 0 R1
q
4 0 R2
R3
q2 q3
q R1
R2
R1 r R2
U2
q
4 0 r
q
4 0 R2
q
4 0
(1 r
1 R2
)
R2 r
r R3
13
R3
U4
U43q0高4r中物q理0选4r场修中3-的1q第导04一r体章课q件00静r电
0
3、再把内球接地：电荷重新分布：
可以证明：此时壳内的任何电场都不影响外界，也不
受外界影响。
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例高如中物：理选场如修中3-家的1第导一电体章课的件静接电 地保护；
例4、在带电量为 q 、半径为R1的导体球壳外，同心放
置一个内外半径为R2、R3的金属球壳。求：1、求外球 壳上电荷及电势分布；2、把外球接地后再绝缘，求外
球上的电荷分布及球壳内外 的电势分布；3、再把内球
1.导体的静电平衡条件
导体内有大量的自由电荷，当把 导体放在外电场中时，导体中的自由 电子都将受到电场力的作用，出现宏
E0
观定向运动，引起导体上电荷的重新
分布，在导体表面出现感应电荷。
这种现象称为静电高中感物理应选修现3-1第象一章。课件静电
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场中的导体
导体内部的总场强
EE0E'
E'
当 EE0E'0 时,导体处于静电平
证明：在导体面内作高斯面，
SEdS0q
导体内 E0, q0
由于腔内有 q 电荷，q(q)0
腔内表面有 –q 电荷,
q q
由电荷守恒定律，在外表面上产生等量的正电荷，
Q q 外表面上的电荷为： 高中物理选修3-1第一章课件静电
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场中的导体
▪腔内有带电体的空腔导体接地时，内 Q q0
表面所带总电量与空腔内带电体的电量
q
这是静
+
3
电屏蔽
q
的一种 含义。
U=C2 2 U=C2
U=C3 U=C3
•空腔导体具有静电屏蔽作用。例如：高压带电作业人
员穿的导电纤维编织高中的物理工选修作3-1服第一。章课件静电
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场中的导体
2.导体空腔内有带电体时的特点 导体原带有电荷 Q ，腔内另有 q 电荷。
Qq
结论：内表面带有 –q 电荷。外表面 带有 Q+的静电平衡：在电场中，导体的内
部和表面都没有电荷定向移动的状态。
•导体静电平衡条件： 导体内部场强处处为0。
用反证法，若电场强度不为零，则自由电荷将能移动。
说明：
1.这里所指的导体内部的场强是指空间中的一切电荷 （包括导体外部的电荷和导体上的电荷）在导体内部 产生的总场强。
2.以后所指的导体都是指处在静电平衡状态下的导体。 高中物理选修3-1第一章课件静电
接地，求内球上的电荷分布及球壳的电势。
解1、 q2 q
q2 q3 0
q3 q2 q
1、求电势分布
（用叠加原理）
R3
r R1
q q
4 R U1 4 0R1
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q 4 R 0 高中2 物理选场修中3-的10第导一体3章课件静电
q3
q2
q R1
R2
q (1 1 1)
40 R1 R2 R3
相连。
空腔内AB两点就有电势差存在，这与导体是等势体、
导体内场强为零相矛高中盾物理。选修所3-1以第一导章课体件静内电 表面处处e=0。
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场中的导体
结论2：空腔内部及导体内部电场强度处处为零，即 它们是等电势。
以上这些结论不受腔外带电体的影响，
不管外电场如何变化，由于导体表面电荷的重新 分布，总要使内部场强为 零。腔外带电体与腔外表面 电荷在腔内场强总贡献为零 。
相等、符号相反。
腔外无带电体时，外表面上的感应电
荷被大地电荷中和，所以不带电荷。
q0
金属空腔是零等势体。
▪若腔内有带电体的导体空腔接地，
q0
并且腔外有带电体时，外表面上的
感应电荷被大地电荷部分中和，所带
电荷的多少必须保证腔内、腔内表面、腔外表面以及
腔外电荷在导体内产生的场强为零，即满足静电平衡
条件。金属空腔是零电位。
第三节
学科网
静电场与物质 的相互作用
高中物理选修3-1第一章课件静电
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场中的导体
静电场与物质的相互作用体现在两个方面：一方 面，当把物质放在静电场中时物质要受到电场的作用； 另一方面，电场中的物质也会对电场产生影响。
一、静电场与金属导体的相互作用
这一部分只限于讨论各向同性均匀金属导体与电 场的相互作用。
q3
(R1 r R2 )
U2
q
4 0 r
q
4 0 R2
q
4 0 R3
q11 1
R3
q2
q R1
R2
( )
40 r R2 R3
(R2 r R3)
q
U3 40r
q
4 0 r
q
4 0
R3
q
4 0 R3
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q
q
r R U 4 r 4 r 3 4
高中0 物理选场修中3-的1第导一体0章课件静电
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场中的导体
2.静电平衡状态导体的性质
1.导体上的电势分布
结论：静电平衡时导体为等势体，导体表面为等势面。
证明：设一导体处于静电平衡状态。 学科网 在导体内任取两点，
其电势差为：
UabUaUb
b Edl
a
静电平衡时 E0
b a
UaUb0, Ua Ub
导体为等势体，导高体中物表理选面修3-为1第一等章课势件静面电 。
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场中的导体
2.导体上的电荷分布
结论1：静电平衡时导体内无净电荷，所有电荷分布于 外表面。
证明：导体内作高斯面
SEdS0q
静电平衡时 E0, q0
高 斯 面
缩小高斯面， 如果 q0,
则有 E0
所以静电平衡时导体内无净电荷。 高中物理选修3-1第一章课件静电
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场中的导体
结论2：电荷在导体表面上的分布与导体表面的形状和 周围存在的带电体有关。
一般来说，孤立导体处于静电 平衡时，它的表面各处的面电荷密 度与各处表面的曲率有关，曲率越 大的地方，面电荷密度越大。
3.导体表面附近的场强 结论：静电平衡时，场强方向与导体表面垂直。
由于静电平衡时导体表面为等势面，由等势面
的性质，场强方向垂直于等势面，所以场强垂直于导
体表面。
如果场强不垂直于表面，电场力继续移动电荷，