静电平衡优秀课件含动画导体的静电平衡

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静电平衡条件课件

导体表面的电场线方向与电荷分布一致，即正电荷的电场线指向外，负电荷的电场线指向内。
静电平衡的条件及其推导
导体内部电场强度为零
高斯定理的应用
在静电平衡状态下，导体内部的电场强度为零，即没有电场线穿过导体内部。
通过应用高斯定理，可以推导出静电平衡的条件，即导体内部电场强度为零和电荷守恒。
电荷守恒
在静电平衡状态下，导体上的总电荷量保持不变，不会因为外界电场或电荷的影响而改变。
04
静电平衡的应用
Chapter
静电屏蔽
静电屏蔽
静电屏蔽是利用导体的静电平衡条件，将导体包围在一个封闭的空间中，以防止外部电场对其内
部的影响。
静电屏蔽的原理
当导体被置于外部电场中时，导体表面的电荷会重新分布，使得导体内部电场为零，从而达到静电屏蔽的效果。
静电平衡的原理
01
根据高斯定理，导体内部电荷分布产生的电场与外界电场相互抵消，使得导体内部场强为零。
02
当导体达到静电平衡时，导体表面电荷分布与外界电场相互抵消，使得导体表面场强垂直于导体表面。
静电平衡的物理意义
静电平衡是自然界中普遍存在的现象，是电荷分布达到相对稳定的状态。
静电平衡原理在电子设备、电磁屏蔽等领域有广泛应用，是电磁学中的重要概念。
02
电场与电势
Chapter
电场的概念
电场是由电荷产生的，对放入其中的电荷有力的作用。
电场强度是描述电场力的性质的物理量，单位是牛/库伦（N/C）。电场强度的大小和方向可以用电场线来表示，电场线越密，电场强度越大。
电势的概念
电势是描述电场能的性质的物理量，单位是伏特（V）。
电势具有相对性，与零电势点的选择有关。

2024全新高中物理《静电场》ppt课件

03 导体表面电荷分布
在静电平衡状态下，导体表面电荷分布是不均匀的，电荷密度与表面曲率有关，曲率越大的地方电荷密度越大。
绝缘体在静电场中表现
01
不导电性
绝缘体内部几乎没有自由电子，因此在静电场作用下，不会像导体那样
出现明显的电荷重新分布。
02 03
极化现象
虽然绝缘体内部没有自由电子，但在强电场作用下，其内部的束缚电荷可能会发生微小位移，导致绝缘体两端出现微弱的异种电荷，这种现象称为极化。
击穿现象
当静电场强度超过一定限度时，绝缘体会被击穿，变成导体，此时会出现明显的电流和电荷重新分布。
导体和绝缘体之间相互作用
静电感应起电
当一个带电体靠近一个中性导体时，由于静电感应现象，导体会出现异种电荷，这种现象称为静电感应起电。
接触起电
静电屏蔽
在某些情况下，绝缘体可以起到静电屏蔽的作用。例如，将一个带电体放入一个空腔的绝缘体内部，外部将不会受到内部带电体的影响。
当两个不同电势的导体相互接触时，会发生电荷转移，使得两个导体达到相同的电势，这种现象称为接触起电。
接地金属物体上感应起电现象
接地金属物体的性质
接地金属物体是指与大地相连的金属物体。由于大地是一个巨大的导体，因此接地金属物体具有与大地相同的电势。
感应起电现象
当带电体靠近接地金属物体时，由于静电感应现象，接地金属物体会出现异种电荷。此时如果将接地金属物体与带电体接触再分离，接地金属物体就会带上与带电体相反的电荷。
静电除尘技术原理及实践应用
原理
利用高压静电场使气体电离，尘粒与负离子结合带上负电后，趋向阳极表面放电而沉积。
实践应用
工业废气处理、空气净化等领域，可去除微小颗粒，净化效率高。

《静电的防止与利用》PPT免费课件

,在避雷针尖端感应出与云层电性相反的静电,达到一定程度就向空中放电,中和云层中的电荷,从而使建筑物避免遭受雷击,故B正确。
练习：
2.专门用来运输柴油、汽油的油罐车,在其尾部都装有一条拖在地上的铁链。关于铁链的作用,下列说法正确的是( )。A.让铁链与路面摩擦产生静电,使油罐车积累一定的静电荷B.让铁链发出声音,以引起其他车辆的注意C.由于罐体与油摩擦产生了静电,罐体上的静电被铁链导入大地,从而避免了火花放电D.由于罐体与油摩擦产生了静电,铁链将油的静电导入大地,从而避免了火花放电
静电平衡时导体上电荷分布的特点：
1.静电平衡时导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。
2.处于静电平衡状态的导体，在导体的外表面越尖锐的位置，电荷的密度越大（即单位面积电荷量多），周围的场强越大。
2、尖端放电
导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞散，即使分子中的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。
若场强方向跟该点的表面不垂直,则沿该点的表面就有一场强分量,电荷在这一场强分量作用下就会发生运动,就不会处于静电平衡状态了。
1、静电平衡
静电平衡的特点
长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q的点电荷放在与棒的左端距离为R的地方，如图所示。达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强有多大？方向如何？
练习：
B
练习：
2、下图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在下列情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引的有（）
AD
静电吸附
小结
2、尖端放电
应用：避雷针
避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。

《静电的防止与利用》PPT课件

解析根据电场的叠加和静电平衡，球心 O 处的合场强为 0，即感应电荷的电场
强度与 A、B 两点电荷在 O 处所产生的合场强等大、反向，即 E 感＝EA＋EB＝kQl2
＋k2lQ2 ＝3kl2Q，A、B 在 O 处产生的场强方向向左，所以 E 感向右。
答案
3kQ l2
方向向右
20
核心要点静电屏蔽 [观察探究] 1.(1)电梯是什么材质的，能否被看成是金属容器？
第4节静电的防止与利用
1
物理观念
科学思维
科学探究
1.知道什么是静电平衡状态，
能说出静电平衡状态下的导
核心素
会根据静电平衡条
体特点。
养
件求解感应电荷产
2.知道导体上电荷的分布特
生的场强。
征，了解尖端放电、静电屏
蔽现象及其成因。
1.观察演示实验并对实验现象分析，体会运用所学知识进行分析推理的方法。 2.查阅并搜集资料，了解静电屏蔽和静电吸附在技术和生活中的应用。
9
3.静电屏蔽：金属壳(网)内电场强度保持为_____0___，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响的作用叫作_____静___电__屏__蔽。静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连。
4.静电吸附：静电虽然会有危害，但也可以利用。在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后会被__吸___附___在电极上。这一原理在生产技术上被广泛应用。应用实例：静电除尘、静电喷涂、静电复印、静电植绒等。
13
[探究归纳] 1.静电平衡实质
(1)在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合场强减小，随着感应电荷的继续增加，合场强逐渐减小，直至合场强为零，自由电荷的定向移动停止。 (2)静电平衡的条件：导体内部的合场强为零，即E合＝0。

静电平衡

求：(1)静电平衡时A、B上的电荷分布及空间的电场分布由电荷守恒定律
A板
B板
Q 1S 2 S Q 1 2 S 3S 4 S 0 3 4 0
由高斯定律 E dS
S
q
0
A B 1 2 3 4
S
S Q
0
q
2
S 3S 2 3 0
根据电场叠加原理
Eb E1 E2 E3 E4
1 2 3 4b1 2 3 4 0
Q 1 2 S 3 4 0
A
1
E
电荷守恒定律电荷分布静电平衡条件
E
10.12金属球壳。在一原本不带电的金属球壳的中心放一点电
荷q，求这一系统的电场分布及球壳内外表面的电荷分布。
E dS 0， qi 0
S1
空腔内有电荷q
q
S2
q
q
电荷分布在表面上
E dS 0， qi 0
+ + +
q
+ + +
q
+
q
+
（2）接地封闭导体壳（或金属丝网）使外部空间不受壳内电荷的影响。
三峡电厂高压设备 ( 单台变压器 )
电子管
移开式金属封闭式开关设备 (高压开关的保护装置)
3、导体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，面电荷密度也越大。
1 R
R1
Q1
l R1 导线
R2
Q2
R2
证明: 用导线连接两导体球

第章静电场中的导体和电介质PPT课件

q2
EA
1 2 o
2 2 o
3 2 o
4 2 o
0
EB
1 2 O
2 2 O
3 2 o
4 2 o
0
1
23
4
由电荷守恒：
1S 2 S q1
A
B
3S 4S q2
1
4
q1 q2 2S
2
3
q1 q2 2S
20
1
4
q1 q2 2S
q1
2
3
q1 q2 2S
1
2
上述结果表明：平板相背的两面带电等
R3 R2
R3
RR11
qq1 1
RR33
问题：电势表
达式能直接写
R2 R1
q1
4 or
2
dr
R3
(q q1 )
4 or 2
dr
出来吗？
q1
4 o
1 R1
1 R2
q q1
4 o R3
V1 V2
同理，球壳的电势为：
V2
E dl
R3
R3
(q
4
q1 ) or 2
dr
q q1
2.内屏蔽
+
+
壳外表面上的电荷分布与腔内带电体的位置无关，只取于导体外表面的形状。
若将空腔接地，则空腔外表面上的感应电荷被大地电荷中和，腔外电场消失，腔内电荷不会对空腔外产生影响。即接地空腔对内部电场起到了屏蔽作用，这是静电屏蔽的另外一种——内屏蔽。
高压设备用金属导体壳接地做保护。 14
五、利用静电平衡条件和性质作定量计算
例1：半径为R和r的球形导体（R>r），用很长的细导线连接起来，使两球带电Q、q，求两球表面的电荷面密度。

静电平衡

静电平衡和静电场问题
➢ 导体静电平衡条件 ➢ 导体上的电荷分布 ➢ 静电场唯一性定理 ➢ 唯一性定理的应用
大竹县石河中学：胡禹 QQ：44610501
2020/6/6
导体静电平衡条件
2020/6/6
导体静电平衡条件
导体静电平衡条件
E0
E E0
E E0 E0
（1）导体的（2）导体中的（3）导体中的刚放入电场电子作定向运动电子无定向运动
像电荷
2020/6/6
唯一性定理的应用
例题:真空中有一半径为R的接地导体球，距球心为 a(a>R)处有一点电荷Q,求空间各点电势
解: 第一步:寻找像电荷对称性分析，确定像电荷位使球面上电势＝0
任取 P点，利用叠加原理求出像电荷位置
QQ '0 r'Q ' r'QrQ '
r r'
rQ
R2 b2 2RbcosQ
EA 2QoS
EB
Q 2oS
EC
Q 2oS
(2)第二板接地
则 4与大地构成一导体
E
同理可得：
12 QS 230
40
联立求解：
1 2 30
10
2
Q S
3
Q S
EAEC0 EBQ oS
2020/6/6
静电场唯一性定理
问题提出
给定导体系中各导体的电量或电势以及各导体的形状、相对位置（统称边界条件），求空间电场分布，即在一定边界条件下求解
明导体空腔的内表面上处处无净电荷。
在 E 体E 内 •取 d一0 s高斯面1 S0，q i由高qoi斯定理：++ + +

高二上学期物理人教版必修第三册静电的防止和利用课件

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解析带正电的小球A放在不带电的空心金属球C内，通过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电．因此，金属空心球C外壳和带电小球B带异种电荷，所以B受C球的吸引往右偏离竖直方向，而由于空心球C能屏蔽小球B所产生的外部电场，因此A球不受B球电场的影响而保持竖直位置不变，故B项正确．
B．用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触 C．用绝缘导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触 D．使验电器A靠近B
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9．4 静电的防止和利用
一、静电平衡 1．静电平衡条件：导体内部合场强为0，导体为等势体． 2．静电平衡导体上的电荷分布 (1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷． (2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同． (3)越是尖锐的地方电荷的分布越密集．
二、尖端放电 1．空气的电离：导体尖端电荷密度很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，使分子中的正负电荷分离的现象． 2．尖端放电：与导体尖端异号的粒子，由于被吸引，而与尖端上电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象． 3．尖端放电的应用：(1)避雷针．(2)高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失．

人教版(新教材)高中物理必修3(第三册)优质课件课件2：9.4 静电的防止与利用

【课堂探究】
[问题探究]
静电平衡静电屏蔽 1.避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施,其原理是什么? 2.静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的? 要点提示:1.当带电的雷雨云接近建筑物时,由于静电感应, 金属棒出现与云层相反的电荷。通过尖端放电,这些电荷不断向大气释放,中和空气中的电荷,使建筑物避免雷击。 2.处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零,即使导体壳外有电场,由于壳内电场强度保持为0,外电场对壳内的物体不会产生影响。
二、导体上电荷的分布阅读教材第25页“导体上电荷的分布”部分,初步理解处于静电平衡状态导体的电荷分布特点。静电平衡的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表面;(2)在导体表面,越尖锐的位置电荷的密度(单位面积的电荷量)越大,凹陷的位置几乎没有电荷。
三、尖端放电阅读教材第25页“尖端放电”部分,知道什么是尖端放电现象, 知道避雷针是尖端放电现象的应用。 1.空气的电离:导体尖端的电荷密度很大,附近的电场很强的地方,空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈运动,把空气中的气体分子撞“散”,也就是使分子中的正负电荷分离。 2.尖端放电现象:空气电离形成的与导体尖端电荷符号相反的电荷,由于被尖端电荷吸引而奔向尖端,与尖端的电荷中和, 这相当于导体从尖端失去电荷,这种现象叫尖端放电。 3.尖端放电的应用与防止:避雷针应用尖端放电原理;高压设备中的导体表面尽量光滑是为了防止尖端放电。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
四、静电屏蔽阅读教材第26页“静电屏蔽”部分,知道什么是静电屏蔽,了解静电屏蔽现象的应用。 1.静电屏蔽:金属壳达到静电平衡时,其内部电场强度保持为0,外部电场对壳内的仪器不会产生影响,金属壳的这种作用叫静电屏蔽。 2.应用高压输电线的上方有两条导线,它们与大地相连,形成一个稀疏的金属网,把高压线屏蔽起来,免遭雷击。

人教版(新教材)高中物理必修3(第三册)优质课件：9.4静电的防止与利用

名师指点
对静电屏蔽问题的三点提醒
(1)空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用，
其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场作用，还是合电场作用的结果． (2)对静电感应，要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的，是如何建立起附加电场的，何处会出现感应电荷． (3)对静电平衡，要理解导体达到静电平衡时所具有的特点．
思考：将一个不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动．自由电子将向哪个方向移动？试说明导体左、右两侧各呈现什么电荷．
提示：提示自由电子受向左的电场力，向左运动，左侧呈现负电荷，右侧呈现正电荷．
自由电子能否一直运动？为什么？提示：自由电子不会一直运动．因为感应电荷的电场和外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子将停止定向移动．
知识点二尖端放电
1．电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的场强很强，空气中的带电粒子剧烈运动，使空气分子被撞“散”而使正、负电荷分离的现象． 2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象．
3.应用：高压设各中导体的表面应该尽量光滑，避免尖端放电而造成损失成事故。安装在建筑物顶端的避雷针，使建筑物避免雷击。
是(取大地电势为零)
()
A．由于静电感应，金属板右侧表面带负电，
左侧表面带正电
B．由于静电感应，金属板右侧表面带负电，
左侧表面不带电
C．整个导体，包括表面上的a、b点，是一个等势体，且电势等于零
D．a、b两点的电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同，但a点
的场强比b点的场强要强(大)一些