外表面电荷分布规律导体表面尖凸处
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第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
求：三个表面上的感应电荷？
S1 2q S2 -3q
S3 q
S1 2q S2 -q
S3 q
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
3、导体表面电场强度与电荷面密度的关系
为表面电荷面密度
E 0
+ + + + +
13
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
尖端放电现象的利与弊 尖端放电会损耗电能, 还会干扰精密测 量和对通信产生危害 . 尖端放电也有很广泛的应用 .
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
什么树易遭雷击?
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
不同的树木受雷击的程度是不同的，全世界每 年由于雷电袭击而引起的森林火灾是不胜枚举的。 如果树是全湿的，树身电阻较小，是电的良导 体，电流通过时不会产生很多热量。如树皮光滑 的树就是这样的，遭雷雨后树皮一直湿到地面， 则不易遭雷击而起火。 如果树皮很粗糙，如橡树，树皮一时很难湿透， 树的电阻很大，不易导电。这时电流通过时便会 产生大量的热，致使树身膨胀而爆裂，即所谓遭 雷击。电流大到一定限度便起火燃烧，再殃及其 它树木，酿成熊熊森林大火。 因此有闪电专门寻找橡树的传说。其实，和橡 树相类似的树木，大都成了易受雷击的对象。
4-4 静电场中的导体
一、 静电平衡条件
1、 静电感应 导体在电场作用下电荷重新分布的现象。
+ +
++ ++ +
+
+
+
感应电荷
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
外电场中的导体平板
+ + + +
+ + + +
+ + + +
E0
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
+
+ + + +
q
+
接地导体电势为零
q
+
q
+
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
闪电与飞机
在雷雨季节，人们以为飞机在天空飞行时遇到闪电是 很危险的事。的确，飞机遭到电击是常有的事，但是 除了在飞机上留下几个小洞之外，几乎没有其它损坏， 阿波罗一12号发射后不久，曾受到两次电击，但均未 对飞船和宇航员造成明显的威胁。
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
* 导体与电介质的区别
1. 结构不同 导体中有大量自由电荷， 介质中为束缚电荷 2. 电阻率不同 导体: 电介质:
10 ~ 10 m
8 6
10 ~ 10 m
8 18
3. 放入电场后,有不同反应.
第四章 静电场
简明物理学 教程
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
三、静电屏蔽
1 屏蔽外电场
E
E
外电场
空腔导体屏蔽外电场
空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内物体不受外电 场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等.
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
2
屏蔽腔内电场
接地空腔导体
将使外部空间不受 空腔内的电场影响.
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
避雷针
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
在雷雨天气，高楼上空出现带电云层时，避 雷针和高楼顶部都被感应上大量电荷，由于避 雷针针头是尖的，所以静电感应时，导体尖端 总是聚集了最多的电荷。这样，避雷针就聚集 了大部分电荷。 当云层上电荷较多时，避雷针与云层之间的 空气就很容易被击穿，成为导体。这样，带电 云层与避雷针形成通路，而避雷针又是接地的， 避雷针就可以把云层上的电荷导入大地，使其 不对高层建筑构成危险，保证了它的安全。
E
E 0
+ + + + + +
结论：表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比
, E ; E
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
外表面电荷分布规律 导体表面尖、凸处，电荷面密度大，附近电场 强度强
导体表面平、凹处，电荷面密度小，附近电场 强度小
第四章 静电场
2、 静电平衡 导体内部和表面都没有电荷定向移动的状态。 （过程弛豫时间： 101 4 — 101 3s)
E0
+ + + + + + + +
E0
＇ E
E0
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
E0 ＇ E E0
+ + + + + + + +
E0
E E0 E 0
二
静电平衡时导体上电荷的分布
+
+ + + +
+
+ + +
1、实心导体
导体内部无电荷，电荷分布在导体表面 空腔内无电荷 电荷分布在外表面上
2、空腔导体 （内表面无电荷） 空腔内有电荷
+ +
+
+ +
+
+ +
+
+
+
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
空腔内有电荷
q
q
q
结论 当空腔内有电荷 q 时, 内表面因静电感 应出现等值异号的电荷 q ，外表面增加感应电荷 q .
导体内电场强度 外电场强度
第四章 静电场
感应电荷电场强度
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
3、静电平衡条件
（1）导体内部任何一点处的电场强度为零； （2）导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直. 导 体 是 等 势 体
+
E
+
+
+
d+ l
+
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
飞机飞行时如何防雷?
飞机上都装有静电释放器， 一般称为放电刷，放电刷 约3根手指粗，由几十根 很细的针组成，总的电阻 相对机身来说是非常小的。 根据尖端放电的原理，放 电刷能够将飞机外壳累积 的大量电荷放至大气中， 从而保护飞机的安全。
11
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
尖端放电现象
E
带电导体尖端附近电场最强
带电导体尖端附近的电场 特别大，可使尖端附近的空 气发生电离而成为导体产生 放电现象，即尖端放电 .
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
< 电风实验 >
+++ ++
+ +
+ + +
第四章 静电场
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
在电击时火花放电所产生的高频电流不能穿透飞机和 宇航船等类物体的金属外壳，只能局限在金属的外层。 同样，汽车的外壳也有类似的作用。除非穿孔后触发 燃料而引起爆炸外，在这类金属封闭舱中的乘员甚至 可能根本不知道他们已被闪电轰击过。
E
空腔导体屏蔽外电场
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4-4 静电场中的导体
求：三个表面上的感应电荷？
S1 2q S2 -3q
S3 q
S1 2q S2 -q
S3 q
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
3、导体表面电场强度与电荷面密度的关系
为表面电荷面密度
E 0
+ + + + +
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4-4 静电场中的导体
尖端放电现象的利与弊 尖端放电会损耗电能, 还会干扰精密测 量和对通信产生危害 . 尖端放电也有很广泛的应用 .
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
什么树易遭雷击?
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
不同的树木受雷击的程度是不同的，全世界每 年由于雷电袭击而引起的森林火灾是不胜枚举的。 如果树是全湿的，树身电阻较小，是电的良导 体，电流通过时不会产生很多热量。如树皮光滑 的树就是这样的，遭雷雨后树皮一直湿到地面， 则不易遭雷击而起火。 如果树皮很粗糙，如橡树，树皮一时很难湿透， 树的电阻很大，不易导电。这时电流通过时便会 产生大量的热，致使树身膨胀而爆裂，即所谓遭 雷击。电流大到一定限度便起火燃烧，再殃及其 它树木，酿成熊熊森林大火。 因此有闪电专门寻找橡树的传说。其实，和橡 树相类似的树木，大都成了易受雷击的对象。
4-4 静电场中的导体
一、 静电平衡条件
1、 静电感应 导体在电场作用下电荷重新分布的现象。
+ +
++ ++ +
+
+
+
感应电荷
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
外电场中的导体平板
+ + + +
+ + + +
+ + + +
E0
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
+
+ + + +
q
+
接地导体电势为零
q
+
q
+
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
闪电与飞机
在雷雨季节，人们以为飞机在天空飞行时遇到闪电是 很危险的事。的确，飞机遭到电击是常有的事，但是 除了在飞机上留下几个小洞之外，几乎没有其它损坏， 阿波罗一12号发射后不久，曾受到两次电击，但均未 对飞船和宇航员造成明显的威胁。
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4-4 静电场中的导体
* 导体与电介质的区别
1. 结构不同 导体中有大量自由电荷， 介质中为束缚电荷 2. 电阻率不同 导体: 电介质:
10 ~ 10 m
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10 ~ 10 m
8 18
3. 放入电场后,有不同反应.
第四章 静电场
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第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
三、静电屏蔽
1 屏蔽外电场
E
E
外电场
空腔导体屏蔽外电场
空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内物体不受外电 场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等.
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
2
屏蔽腔内电场
接地空腔导体
将使外部空间不受 空腔内的电场影响.
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
避雷针
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
在雷雨天气，高楼上空出现带电云层时，避 雷针和高楼顶部都被感应上大量电荷，由于避 雷针针头是尖的，所以静电感应时，导体尖端 总是聚集了最多的电荷。这样，避雷针就聚集 了大部分电荷。 当云层上电荷较多时，避雷针与云层之间的 空气就很容易被击穿，成为导体。这样，带电 云层与避雷针形成通路，而避雷针又是接地的， 避雷针就可以把云层上的电荷导入大地，使其 不对高层建筑构成危险，保证了它的安全。
E
E 0
+ + + + + +
结论：表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比
, E ; E
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
外表面电荷分布规律 导体表面尖、凸处，电荷面密度大，附近电场 强度强
导体表面平、凹处，电荷面密度小，附近电场 强度小
第四章 静电场
2、 静电平衡 导体内部和表面都没有电荷定向移动的状态。 （过程弛豫时间： 101 4 — 101 3s)
E0
+ + + + + + + +
E0
＇ E
E0
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
E0 ＇ E E0
+ + + + + + + +
E0
E E0 E 0
二
静电平衡时导体上电荷的分布
+
+ + + +
+
+ + +
1、实心导体
导体内部无电荷，电荷分布在导体表面 空腔内无电荷 电荷分布在外表面上
2、空腔导体 （内表面无电荷） 空腔内有电荷
+ +
+
+ +
+
+ +
+
+
+
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4-4 静电场中的导体
空腔内有电荷
q
q
q
结论 当空腔内有电荷 q 时, 内表面因静电感 应出现等值异号的电荷 q ，外表面增加感应电荷 q .
导体内电场强度 外电场强度
第四章 静电场
感应电荷电场强度
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4-4 静电场中的导体
3、静电平衡条件
（1）导体内部任何一点处的电场强度为零； （2）导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直. 导 体 是 等 势 体
+
E
+
+
+
d+ l
+
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
飞机飞行时如何防雷?
飞机上都装有静电释放器， 一般称为放电刷，放电刷 约3根手指粗，由几十根 很细的针组成，总的电阻 相对机身来说是非常小的。 根据尖端放电的原理，放 电刷能够将飞机外壳累积 的大量电荷放至大气中， 从而保护飞机的安全。
11
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4-4 静电场中的导体
尖端放电现象
E
带电导体尖端附近电场最强
带电导体尖端附近的电场 特别大，可使尖端附近的空 气发生电离而成为导体产生 放电现象，即尖端放电 .
第四章 静电场
简明物理学 教程
4-4 静电场中的导体
< 电风实验 >
+++ ++
+ +
+ + +
第四章 静电场
第四章 静电场
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4-4 静电场中的导体
在电击时火花放电所产生的高频电流不能穿透飞机和 宇航船等类物体的金属外壳，只能局限在金属的外层。 同样，汽车的外壳也有类似的作用。除非穿孔后触发 燃料而引起爆炸外，在这类金属封闭舱中的乘员甚至 可能根本不知道他们已被闪电轰击过。
E
空腔导体屏蔽外电场