静电平衡状态 ppt课件
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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 。
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 。
静电平衡专业知识课件
证明：已经证明导体实体部分到处无净电荷。现只需证 明导体空腔旳内表面上到处无净电荷。
在体内取一高斯面S ，由高斯定理： + + +
+
+
+ +
可知：内表面电荷代数和为零。 +
+
若内表面上有正负两种电荷，
+
+
则：必有电力线由正电荷指向
+
+
负电荷，与导体旳静电平衡条件相矛盾。+ + +
导体上旳电荷分布
腔内有带电体：
思索：假如不是导体球，而是其他形状旳导体呢?
导体上旳电荷分布
例题: 一金属平板，面积为S带电Q，在其旁放置第二 块同面积旳不带电金属板。求 (1)静电平衡时，电荷分 布及电场分布。 (2)若第二块板接地？忽视边沿效应。
解： (1)设四个面上电荷面度为 σ1 σ2 σ3 σ4 则有：
如图取高斯柱面可得：
腔内无电荷分布：E内=0
屏蔽外场
3º若将导体壳接地，又会出现什么情况？
导体壳外：E外=0
屏蔽内场
思索：空腔内假如没电荷呢?
导体上旳电荷分布
例题:半径为R旳金属球与地相连接，在与球心相距 d=2R处有一点电荷q(>0)，问球上旳感应电荷 q'=? 解： 利用金属球是等位体 q' ？= q
球体上到处电位: U= 0 球心处： Uo= 0
像电荷
唯一性定理旳应用
例题:真空中有二分之一径为R旳接地导体球，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，拟定像电荷位 使球面上电势＝0 任取 P点，利用叠加原理求出像
静电平衡 PPT
导体表面附近的场强方向处处与表面垂直
金属球放入前电场为一均匀电场
金属球放入后电力线发生弯 曲，电场为一非均匀电场
穿过任一曲面的电 通量与封闭曲面所 包围的电荷量成正 比——高斯定理正
●静电平衡状态——导体内部和表面 都无电荷的定向移动的状态
• 特征 1.导体内部任一点的电场强度都为零， （导体内无电力线，内部场强处处为零 2.导体表面任一点的电场强度都与导体 表面垂直。 3.导体是等势体，导体表面是等势面。 4.导体内部没有净电荷，未被抵消的净 电荷只能分布在导体表面
●静电平衡时导体上电荷的分布
实心之原本不带电VS原本带电
原本不带电的实心导体置 于电场中，处于导体置于电 场中，导体内部无电荷， 电荷只能分布在导体表面
金属球放入前电场为一均匀电场
金属球放入后电力线发生弯 曲，电场为一非均匀电场
穿过任一曲面的电 通量与封闭曲面所 包围的电荷量成正 比——高斯定理正
●静电平衡状态——导体内部和表面 都无电荷的定向移动的状态
• 特征 1.导体内部任一点的电场强度都为零， （导体内无电力线，内部场强处处为零 2.导体表面任一点的电场强度都与导体 表面垂直。 3.导体是等势体，导体表面是等势面。 4.导体内部没有净电荷，未被抵消的净 电荷只能分布在导体表面
●静电平衡时导体上电荷的分布
实心之原本不带电VS原本带电
原本不带电的实心导体置 于电场中，处于导体置于电 场中，导体内部无电荷， 电荷只能分布在导体表面
物理人教版(2019)必修第三册9.4静电的防止与应用(共26张ppt)
A
C
—
A
A
C
—
—
-
—
+
E′
—
-
—
+
—
-
—
E0
—
—
B
+
E0
—
D
自由电荷在静电力
作用下发生定向移动。
B
D
导体两端的感应电荷在导
体内部产生附加场，场强为
E′，方向与E0 方向相反。
B
C
-
+
-
+
E=0
-
+
-
+
-
+
E0
D
E =E0+ E感′
当E合=0时，自由电子
不再发生定向移动。
⑴定义： 发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场E′和原电场E0在
影响，这种现象叫做静电屏蔽。
3.实质
E=E0+ E感′
三、尖端放电
静电屏蔽现象演示
4.静电屏蔽的利用
应用1:
超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的。
利用2: 野外高压输电线受到雷击的可能性很大，所以在输电线的上方还有两条
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
（
）
A．A、B两点电场强度相等，且都不为零
B．A、B两点的电场强度不相等
C．感应电荷产生的附加电场的电场强度大小EA＞EB
D．当开关S闭合时，电子沿导线向大地移动
二、尖端放电
1.静电平衡时导体上电荷的分布特点
+
++++
C
—
A
A
C
—
—
-
—
+
E′
—
-
—
+
—
-
—
E0
—
—
B
+
E0
—
D
自由电荷在静电力
作用下发生定向移动。
B
D
导体两端的感应电荷在导
体内部产生附加场，场强为
E′，方向与E0 方向相反。
B
C
-
+
-
+
E=0
-
+
-
+
-
+
E0
D
E =E0+ E感′
当E合=0时，自由电子
不再发生定向移动。
⑴定义： 发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场E′和原电场E0在
影响，这种现象叫做静电屏蔽。
3.实质
E=E0+ E感′
三、尖端放电
静电屏蔽现象演示
4.静电屏蔽的利用
应用1:
超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的。
利用2: 野外高压输电线受到雷击的可能性很大，所以在输电线的上方还有两条
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
（
）
A．A、B两点电场强度相等，且都不为零
B．A、B两点的电场强度不相等
C．感应电荷产生的附加电场的电场强度大小EA＞EB
D．当开关S闭合时，电子沿导线向大地移动
二、尖端放电
1.静电平衡时导体上电荷的分布特点
+
++++
1.7静电平衡课件
静电屏蔽的应用
电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层铅皮等。
静电屏蔽的应用
超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包 含金属丝的织物制成的。
本节主要学了以下几个问题： 1．静电平衡状态下导体的电场 学习了静电平衡、静电平衡状态的概念，知道静电平衡 的条件是导体内部的场强处处为零。学习了静电平衡导体 的特点 2．导体上电荷的分布 （1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。 （2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大。 3．尖端放电 了解了尖端放电现象及其应用。 4．静电屏蔽 了解了静电屏蔽现象及其应用。
现象: •甲:A的箔片张角逐渐增大 •乙:A的箔片始终没有张开 结论: •导体内部没有净电荷,净电荷分布在 导体的外表面 •导体表面越尖锐的位置电荷越密集, 凹陷的位置几乎没有电荷
如图所示在真空中把一绝缘导体AB向带负电的小 球P缓慢的靠近时，下列说法正确的是（ ） A、B端的感应电荷越来越多 B、导体内部场强越来越大 C、导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产 生的的场强 D、导体的感应电荷在M、N两点产生的的场强相等
B N A M P
• 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？
L
达到静电平衡后导体内部处处场强为零
q E感＝E源＝k (R+L/2)2
E感方向与E源方向相反，即指向点电 荷+q.
E内＝E0－E′＝0
静电平衡的特点 1、导体内部没有净电荷，净电荷只能分布在导体的 外表面。
导体表面，越尖锐的位置，电荷密度越大。
2、处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的 表面是个等势面。（地球是个等势体） 3、导体外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。
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例1：如图所示接地金属球A的半径为R，球外点电 荷的电量为Q，到球心的距离为r，该点电荷的电场 在球心的场强等于多少？
解:点电荷Q产生的场强与
感应点荷无关，所以E0
k
Q r2
A
,
R
E oE
r
Q
方向沿QO指向O
注意：E0、E ′和E合的区别,E0 由外电场决定，E ′ =E0，E合=0
与外电场相等时，导体内
导体中无电荷定向
合场强为零。自由电荷的
移动的状态,就叫静
定向移动停止 .
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电平衡状态.
4
静电平衡状态
发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场E
和原电场E0在导体内叠加为零，即E ′=E0时，自由电子 停止定向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。
－
＋
－
＋
－ －
E′
中性的分子电离后变成带负电的自由电子和带 正电的离子，这些带电的粒子与导体尖端的电荷 异号粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的 电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这个 现象叫尖端放电。
尖端放电的原理有何应用？
避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施
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四、静电屏蔽
思考:空心导体壳内的验电器箔片会张开吗?
7 高中物理选修3-1 第一章 静电场 静电现象的应用
学习目标
1.知道静电平衡现象，理解处于静电平衡状态
的导体的特点.
2．通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷的
分布特点.
3.了解尖端放电和静电屏蔽现象，关注生活、
生产中的静电现象
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1
一、静电平衡状态下导体的电场
1、静电感应
把金属导体放在外电场E0中，由于导体内的自由电子受电场力 作用而定向移动，使导体表面出现感应电荷的现象叫静电感应。
不会 因为导体壳 内部合场强为零.
+
------
+++ + +
+
静电屏蔽:静电平衡时,空心导体壳可保护其
内部区域不受外电场影响 的现象.
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思考:用金属网罩将验电器罩住,会怎样呢?
+
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思考:用金属网罩将验电器罩住,会怎样呢?
+
该现象表明金属网罩也能起到静电屏蔽作用. 类似事例:通讯电缆外包金属层,电学仪器外套金属罩.
B A
D、B带负电
如图甲所示，使带电的金属球靠近验电器，由于静电感应， 验电器的箔片张开，这表示验电器受到了外电场的影响.
如果事先用金属网罩把验电器罩住，如图乙所示，验电器
的箔片就不张开，即使把验电器和金属网罩连接起来，箔片也不
张开.这表明金属网罩能把外电场挡住，使罩内不受外电场的影
响.
1
1
1
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(2)接地的封闭导体壳，内部电场对外部 没影响
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思考:电力工作人员有时需要带电作业，怎样才能保
证他们的生命安全？
全身穿戴金属丝网制成的衣，帽，鞋，手套等。
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对静电屏蔽的理解
1．现象：一个金属导体壳(网罩)能把壳外电场遮 住，使壳内部不受外电场影响，这种现象叫静电屏蔽.
2．原理：静电屏蔽的原理是静电感应与静电平衡.
3．两种情况 (1)金属壳内部不受外部影响
方向跟该点表面垂直。 E
+ +++ ++++ - - - ppt课件 - - - - - 6
4、静电平衡的实质
导体发生了静电感应现象，感应电荷在导体 内部产生一个附加电场E′，跟外加电场E0反向， 使自由电荷同时又受到F′＝E′q的电场力，随着导 体两端的感应电荷不断积累，E′逐渐增大，当E′ ＝E0时，导体内合场强为零，自由电荷所受合力 为零，这时导体中无自由电荷定向移动，即导体 达到了静电平衡状态.
＋ ＋
E0
－
＋
－
＋
－
＋
－
＋
－E合=0 ＋
E0
－
＋
－
＋
－
＋
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3、处于静电平衡状态导体的特点：
（1）导体内部的场强处处为零——静电平衡条件 （2）整个导体是一个等势体，表面是一个等势面
W UABq (A B)q 0 所以：A B
（3）导体处于静电平衡状态时，其表面任一点场强
A
D
E0
B
C
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2
2.静电平衡状态
-
-
--
-
E0
-
-
-
E'
-
-
E'
-
E'
-
1、导体中自由电荷 在电场力作用下将发 生定向移动.
2、 导体两端出现感应
电荷,感应电荷在导体中
ppt课件 中产生反方向的附加场.
3
-
-
-
- E'
E0
-
-
-
-
-
- E=0 -
E0
-
-
3、感应电荷的电场增到
4、静电平衡状态：
如一封闭的导体壳内部空间某点有一点电荷＋q.由于
静电感应，导体壳内外表面感应出等量的异种电荷，其电场
线如图甲所示.当把导体壳接地后，＋q在壳内的电场对壳外
空间就没有影响了，如图乙所示.
因为当把球壳接地后，壳
外表面感应的正电荷在静电力作
用下流入大地(实际是大地的电
子在静电力作用下通过接地的导
线流到壳面上与壳外表面的正电
荷中和)，使球壳外表面没有电
荷，壳外空间就没有电场了.这
样就出现了图乙所示的情况.
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例2：如图所示，把原来不带电的金属球壳B的 外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放 入球壳内，但不于B发生接触，达到静电平衡 后，则：
A、B的空腔内电场强度为零 B、B不带电 C、B的内外表面电势相等
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E是点电荷Q产生的电 场（即外电场），E′是 感应电荷产生的电场 （附加场），E合是两 个电场叠加后的合电场8
两个带有绝缘手柄的金
属小球分别接触带有电荷
的金属圆筒的内壁和外壁. ppt课件
9
1
法拉第圆筒实验:
2
和外壁接触的小球使验电 器箔片张开,表明金属筒外 壁有电荷分布.
12
对孤立带电导体的理解：
一个孤立的带电体，可视为导体处 在自身所带电荷的电场中，处于静电 平衡状态，具有静电平衡的所有特点.
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放电方式
两种放电方式: 1、火花放电 2、接地放电
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三、尖端放电
尖端放电的原理是什么？
导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的 电场特别强，会把空气分子“撕裂”，使分子中 的正负电荷分离，这种现象叫空气的电离。
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1
法拉第圆筒实验:
和内壁接触的小球
不能使验电器箔片
2
张开,表明金属筒
内壁没有电荷分布.
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静电平衡时导体上电荷的分布的特点：
（1）导体内部没有电荷，电荷只分布在 导体的外表面
（2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷 密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷 的位置几乎没有电荷
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