即尖端放电尖端放电现象4静电场中的导体静电场简明物理

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大学物理-第3章-静电场中的导体

R2 R1
在金属球壳与导体球之间（r0 < r < R1时）：
q r0
作过 r 处的高斯面S1
q
S1 E2 dS 0
得
E2 r
q
40r 2
q
E2 40r 2 er
在金属球壳内（R1< r < R2时）：电场 E3 0
在金属球壳外（ r > R2时）：作过 r 处的高斯面 S 2
S2
E4
dS
在它形成的电场中平行放置一无限大金属平板。求：
金属板两个表面的电荷面密度？
解：带电平面面电荷密度0 ，导体两面感应电荷面密度分别为1 和 2，由电荷守恒有
1 2 0 (1)
导体内场强为零（三层电荷产生）
σ0 σ1
σ2
E0 E1 E2 0
(2)
E0
0 1 2 0
(3)
20 20 20
导体表面任一点的电场强度都与导体表面垂直。
20
2.导体在静电平衡状态下的一些特殊性质
❖ 导体是等势体，导体表面是等势面。
在导体内部任取两点P和Q，它们之间的电势差可以表示为
VP VQ
Q
E
dl
0
P
❖ 导体表面的电场强度方向与导体的表面相垂直。
❖ 导体上感应电荷对原来的外加电场施加影响，改
Q1
Q2
0
q
q
0
得
E4r
q
4 0 r 2
E4
q
4 0 r 2
er
43
思考：（3）金属球壳和金属球的电势各为多少？
解：设金属球壳的电势为U壳，则：
U壳
R2 E4 dl

第一章静电场第7、8节

第7节静电现象的应用1．静电平衡状态(1)概念：导体内的自由电子不发生定向移动时，导体就达到了静电平衡状态． (2)静电平衡状态导体的特征 ①处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零． ②处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任一点场强方向与该点的所在表面垂直． ③静电平衡状态下的导体是个等势体．④处于静电平衡状态的导体内部没有净电荷，净电荷只能分布在导体外表面上．2．尖端放电(1)达到静电平衡时，导体表面越尖的地方，电荷分布的密集度越大．(2)尖端放电：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，使周围中性空气分子电离成正负离子，那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子被吸引到尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷，这种现象叫做尖端放电．(3)应用与防止应用举例：避雷针；防止举例：高压输电设备的表面尽量做得光滑，避免放电．3．对于处在静电平衡状态的导体，以下说法中正确的是( )A ．导体内部既无正电荷，又无负电荷B ．导体内部和外表面处的电场均为零C ．导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和为零D ．导体内部电场为零是外加电场与感应电荷产生的电场叠加的结果答案 D解析导体处于静电平衡状态时，其内部无净电荷，即其正、负电荷总量相等，电荷量为零.其表面处有净电荷，以至于该处电场不为零．4．一个带电金属球，当它带的电荷量增加后(稳定)，其内部场强( )A ．一定增加B ．一定减弱C ．可能增加也可能减弱D. 不变答案 D【概念规律练】知识点一感应电荷产生的场强的计算1. 如图1所示，长为l 的导体棒水平放置，原来不带电，现将一带电荷量为＋q 的点电荷放在距离棒左端R 处，当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒的中点处产生的场强等于多少？方向如何？图1 答案 kq/(R ＋l 2)2 方向水平向左解析导体棒在点电荷＋q 的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任一点都有两个电场，即外电场——＋q 在该点形成的电场E ，感应电场——棒上感应电荷在该点形成的电场E ′，达到静电平衡时E ＝E ′.题中所求的即为E ′，于是我们转化为求E.棒的中点距离＋q 为r ＝R ＋l/2，于是E ′＝E ＝kq (R ＋l 2)2，E 和E ′方向相反，水平向左．2. 如图2所示，点电荷A 和B 带电荷量分别为3.0×10－8 C 和－2.4×10－8 C ，彼此相距6 cm.若在两点电荷连线中点O 处放一个半径为1 cm 的金属球壳，求球壳感应电荷在该中点处产生的电场强度．图2答案 5.4×105 N/C 方向由O 指向A解析＋q 1在O 点的场强大小为E 1＝k q 1(d 2)2＝3×105 N/C ，方向由O 指向B ；－q 2在O 点的场强大小为E 2＝k q 2(d 2)2＝2.4×105 N/C ，方向由O 指向B ；设感应电荷在O 点的场强为E 3，由静电平衡条件知E 3＝E 1＋E 2＝5.4×105 N/C ，方向由O 指向A.点评处于静电平衡状态的导体，其内部场强为零，即外加电场与感应电荷的电场场强大小相等，方向相反，因此只需求出外加电场的场强，便可求得感应电荷产生的场强．知识点二静电平衡状态电势特点与电荷分布规律3. 如图3所示，水平放置的金属板正上方放有一固定的正点电荷Q ，一表面绝缘的带正电小球(可视为质点且不影响Q 的电场)，从左端以初速度v 0滑上金属板，沿光滑的上表面向右运动到右端，在该运动过程中( )图3 A ．小球做匀速直线运动B ．小球先做减速运动，后做加速运动C ．小球的电势能保持不变D ．静电力对小球所做的功为零答案 ACD解析由于金属板处于点电荷Q 形成的电场中，达到静电平衡后，金属板的上表面是一个等势面，表面上电场线是垂直向下的，所以小球受到重力、支持力、向下的电场力，合力为零，故小球做匀速直线运动．电场力对小球不做功．选A 、C 、D.点评静电平衡状态下的导体是一个等势体，其外表面是一个等势面，因而在其表面上电场线与表面垂直．4．如图4所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A 和一个带正电荷的空腔导体B.下列实验方法中能使验电器箔片张开的是( )图4A ．用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B 的内壁接触一下后再跟A 接触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跟取电棒C 的导体部分相连，再把取电棒与B 的内壁接触D ．使验电器A 靠近B答案 BCD解析在A 选项中先和B 的内壁接触后，由于B 的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开；而B项中可以使C球带电，从而使A球带电；C项中用绝缘导线实际上将验电器和B连成了一个导体，A球因接触而带电；D项中是感应起电．所以B、C、D项正确．点评处于静电平衡状态的导体，其电荷只能分布在导体的外表面上．因为导体内部的场强处处为零，导体内部就不可能有未被抵消的电荷．假如内部某处有静电荷，在它附近的场强就不可能为零．知识点三静电屏蔽5．下列实验中，验电器的金属箔会张开的图是()答案 B解析A中不会张开，金属网可以屏蔽外电场．B中会张开，因为金属网未接地，网内的带电体可以对外界产生影响．C中不会张开，因为金属网已接地，网内的带电体对网外无影响，网外的带电体对网内也无影响．6. 如图5所示，原来不带电的金属球壳内壁接地，将一带正电的小球放入其中，但不与球壳接触，则()图5A．球壳内壁带负电B．球壳外壁带正电C．球壳外壁不带电D．若将接地线去掉再移出正电荷，壳外壁带负电答案ACD解析球壳内正电荷产生电场，使球壳处于静电平衡状态，在球壳的内表面出现等量异种电荷，球壳的外表面出现等量同种电荷，当球壳接地时，不论内表面接地还是球壳外表面接地，待稳定后球壳的电势必定为零．球壳的外表面无感应电荷，球壳外也没有静电场，这就是接地导体壳的静电屏蔽作用．故A、C选项正确．若将接地线断开再移去壳内正电荷时，壳内表面的负电荷就会分布到球壳的外表面上，内壁不再带电．故D选项正确．【方法技巧练】一、感应电荷电场线的确定方法7. 如图6所示，在孤立点电荷＋Q的电场中，金属圆盘A处于静电平衡状态．若金属圆盘平面与点电荷在同一平面内，试在圆盘A内做出由盘上感应电荷形成的附加电场的三条电场线．(用实线表示，要求严格作图)图6答案如图所示解析画出感应电荷形成的附加电场在A圆盘内的三条电场线(实线)如图所示．导体A 处于静电平衡状态，因此内部每点的合场强都为零，即导体A内的每一点，感应电荷产生的电场强度都与点电荷Q在那点的电场强度大小相等、方向相反，即感应电荷的电场线与点电荷Q的电场线重合，且方向相反．方法总结处于静电平衡状态下导体内部由点电荷产生的电场(外电场)、感应电荷产生的电场，其实际电场为叠加后的合电场，且为零．因此，根据外加电场情况便可确定感应电荷的电场分布情况．二、电荷分布情况的确定方法8. 如图7所示，A为空心金属球，B为金属球，将另一带正电的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手摸一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则()图7A．A球带负电，B球带正电B．A球带负电，B球不带电C．A、B两球都带负电D．A、B两球都带正电答案 B解析首先带正电的小球C从A球开口处放入A球中央，根据静电感应现象可知，A 球内表面感应带负电荷，外表面感应带正电荷，手接触A相当于A接地，由地面上来的电子与A球外表面正电荷中和，使A球外表面不带电，A球外表面电势为零，此时A球对外起静电屏蔽作用，A球内的电场不影响外部．电子为何从地面流入A球？因为带正电的A球外表面电势比地面零电势高，手触A后，电子由低电势流向高电势，此时B球电势也为零．手离开A后，C球不动，各处场强及电势分布情况不变，所以手接触B时，无电荷移动，所以B球不带电．当带正电的C球从A球内移走后，A球内表面所带的负电荷移至外表面，所以A球带负电．C球移走后，A球内表面负电荷移至外表面，这是因为带电导体处于静电平衡状态时，导体内部和空腔内表面均没有静电荷，电荷均分布在导体的外表面．由上述可知，选项B 是正确的．9. 一个带有绝缘座的空心金属球壳A带有4×10－8 C 的正电荷，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8C 的负电荷，使B球与球壳A内壁接触，如图8所示，则A、B带电荷量分别为()图8A．Q A＝1×10－8 C Q B＝1×10－8 CB．Q A＝2×10－8 C Q B＝0C．Q A＝0Q B＝2×10－8 CD．Q A＝4×10－8 C Q B＝－2×10－8 C答案 B解析B与A接触后，净电荷全部分布在外表面，内壁电荷量为零．点拨处于静电平衡状态的导体，净电荷仅分布在外表面．1．一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是下图中的哪一个()答案 B2．请用学过的电学知识判断下列说法正确的是()A．电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B．制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C．小鸟停在单根高压输电线上会被电死D．打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险答案 B解析由静电屏蔽的知识可知，A、D选项均错；金属可以消除多余的静电，B项正确；单根高压输电线上相距较近的两点之间电阻很小，因而电压较小，小鸟不会被电死，C选项错误．3. 一金属球，原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图9所示．金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的电场分别为E a、E b、E c，三者相比有()图9A．E a最大B．E b最大C．E c最大D．E a＝E b＝E c答案 C解析处于静电平衡的导体内部电场处处为零，故a、b、c三点的电场都为零，静电平衡的导体内部电场为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果，所以感应电荷在球内某点产生的电场与MN在这一点产生的电场等大反向．比较a、b、c三点感应电场的电场强度，实质上是比较带电体MN在这三点的电场．由于c点离MN最近，故MN在c点的电场最大，感应电荷在c点电场也最大．正确选项为C项．点拨静电平衡的导体内部的电场强度为零是空间中所有电荷在导体内任一点产生的电场强度的矢量和为零．4．金属球壳原来带有电荷，而验电器原来不带电，如图10所示，现将金属球壳内表面与验电器的金属小球相连．验电器的金属箔将()图10A．不会张开B．一定会张开C．先张开，后闭合D．可能会张开答案 B解析处于静电平衡状态的导体，净电荷仅分布在外表面，细导线将球壳内壁与验电器连接后，验电器应看做是金属球壳的外部．5. 如图11所示，带电体Q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷．在静电平衡后，下列物理量中等于零的是()图11A ．导体腔内任意点的场强B ．导体腔内任意点的电势C ．导体外表面的电荷量D ．导体空腔内表面的电荷量答案 ABD解析静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，且内表面不带电，故选项A 、D 正确；由于导体接地，故整个导体的电势为零，选项B 正确；导体外表面受带电体Q 的影响，所带电荷量不为零，故选项C 不正确．6．图12中接地金属球A 的半径为R ，球外点电荷的电荷量为Q ，到球心的距离为r.该点电荷的电场在球心的场强大小等于( )图12A ．k Q r 2－k Q R 2B ．k Q r 2＋k Q R 2C ．0D ．k Q r 2 答案 D7．如图13所示，在真空中，把一个绝缘导体AB 向带负电的小球P 缓慢靠近(不相碰)，下列说法中正确的是( )图13 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 点产生的场强恒大于在N 点产生的场强D ．感应电荷在M 、N 两点产生的场强相等答案 AC解析绝缘导体AB 缓慢靠近带负电的小球P 的过程中，导体AB 始终处于静电平衡状态．其内部场强一直为零．由于外电场越来越强，导体B 端的感应电荷会越来越多，由于外电场在M 点的场强恒大于N 点的场强，而感应电荷的场强与外电场的场强大小相等、方向相反，所以感应电荷在M 点的场强恒大于在N 点产生的场强．8. 如图14所示，为一空腔球形导体(不带电)，现将一个带正电的小金属球A 放入腔中，当静电平衡时，图中a 、b 、c 三点的场强E 和电势φ的关系是( )图14 A ．E a >E b >E c ，φa >φb >φcB ．E a ＝E b >E c ，φa ＝φb >φcC ．E a ＝E b ＝E c ，φa ＝φb >φcD ．E a >E c >E b ，φa >φb >φc答案 D9. 如图15所示，带电荷量为＋q 的点电荷与均匀带电薄板相距为2d ，点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心．若图中a 点处的电场强度为零，根据对称性，带电薄板在图中b 点处产生的电场强度大小为________，方向________．(静电力常量为k)图15答案 k q d 2 向左解析 a 点处的场强由两部分组成，一是点电荷在a 处的场强，大小为E ＝k q d 2，方向向左；二是带电薄板在a 处的场强，由题知，这两个场强的合场强为零，所以薄板在a 处的场强大小为E a ＝k q d 2，方向向右．根据对称性可知，薄板在b 处的场强为E b ＝k q d 2，方向向左．第8节电容器的电容1．任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器，使电容器两个极板分别带上等量异种电荷的过程叫做充电，两极板同时失去电荷的过程叫做放电．电容器的带电荷量是指其中一个极板上带电荷量的绝对值．2．电容器的电容是这样定义的，电容器所带的电荷量Q 与电容器两极板间的电势差U 的比值．它的物理意义是表示电容器容纳电荷本领的物理量．在国际单位制中的单位是法拉，符号用F 表示．电容的定义式是C ＝Q U，但电容的大小与定义它的Q 和U 无关． 3．平行板电容器的电容与两平行板的正对面积成正比，与有无电介质有关，与电介质的相对介电常数成正比，与两平行板间的距离成反比．4．下列关于电容器和电容的说法中，正确的是( )A ．根据C ＝Q/U 可知，电容器的电容与其所带电荷量成正比，跟两板间的电压成反比B ．对于确定的电容器，其所带电荷量与两板间的电压成正比C ．无论电容器的电压如何变化(小于击穿电压且不为零)，它所带的电荷量与电压的比值都恒定不变D ．电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，其大小与加在两板间的电压无关答案 BCD解析由于电容器的电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，是电容器的一种特性．一个电容器对应惟一的电容值，不能说电容器的电容与其所带电荷量成正比，与两极板间的电压成反比．因此，A 错误，C 、D 正确．由于电容是定值，由Q ＝CU 知，其所带电荷量与两板间的电压成正比，故B 正确．5．下列关于电容器的叙述中正确的是( )A ．电容器是储存电荷和电能的容器，只有带电的容器才称为电容器B ．任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体都能组成电容器，而且跟这两个导体是否带电无关C ．电容器所带的电荷量是指其中一个极板所带电荷量的绝对值D ．电容器充电过程是将其他形式的能转化成电容器的电能并储存起来；电容器放电过程是将电容器储存的电能转化为其他形式的能答案 BCD【概念规律练】知识点一电容器的电容 1．根据电容的定义式C ＝Q U知( ) A ．电容器的电容越大，则电容器所带电荷量应越多B ．电容器两极板间电压越大，电容越大C ．电容器的电容与电荷量成正比，与电压成反比D ．电容器的电容不随带电荷量及两极板间电压的变化而变化答案 D解析认识到电容器的电容是由电容器本身决定，与所带电荷量、两极板间的电压无关．公式C ＝Q U是定义式，它可以适用于任何电容器，但绝不能说C 与Q 成正比，或C 与U 成反比．2．对于水平放置的平行板电容器，下列说法正确的是( )A ．将两极板的间距加大，电容将增大B ．将两极板平行错开，使正对面积减小，电容将减小C ．在下极板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的陶瓷板，电容将增大D ．在下极板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的铝板，电容将增大答案 BCD解析影响平行板电容器电容大小的因素有：①随正对面积的增大而增大；②随两极板间距离的增大而减小；③在两极板间放入电介质，电容增大．据上面叙述可直接看出B 、C 选项正确，对D 选项，实际上是减小了平行板的间距．所以本题正确选项为B 、C 、D.知识点二电容器的电容、电荷量、电压之间的关系3．有一充电的平行板电容器，两板间电压为3 V ，现使它的电荷量减少3×10－4 C ，于是电容器两板间的电压降为原来的13，此电容器的电容是多大？电容器原来的带电荷量是多少？若电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多大？答案 150 μF 4.5×10－4 C 150 μF解析电容器两极板间电势差的变化量为：ΔU ＝(1－13)U ＝23×3 V ＝2 V ，由C ＝ΔQ ΔU ，有C ＝3×10－42F ＝1.5×10－4 F ＝150 μF. 设电容器原来的电荷量为Q ，则Q ＝CU ＝1.5×10－4×3 C ＝4.5×10－4 C.电容器的电容是由本身决定的，与是否带电无关，所以电容器放掉全部电荷后，电容仍然是150 μF.点评 (1)电容器电容的定义式C ＝Q U中的Q 为电容器的带电荷量，是其中一个极板上带电荷量的绝对值，不是两个极板上的电荷量总和或绝对值总和．(2)电容器的电容也可用公式：C ＝ΔQ ΔU，ΔQ 表示电荷量的变化，ΔU 表示电压的变化． 4. 计算机键盘上的每一个按键下面都有一个电容传感器，如图1所示．电容的计算公式是C ＝εr S d，其中常量εr ＝9.0×10－12 F·m －1，S 表示两金属片的正对面积，d 表示两金属片间的距离．当某一键被按下时，d 发生改变，引起电容器的电容发生改变，从而给电子线路发生相应的信号．已知两金属片的正对面积为50 mm 2，键未被按下时，两金属片间的距离为0.60 mm.只要电容变化达0.25 pF ，电子线路就能发生相应的信号，那么为使按键得到反应，至少需要按下多大距离？图1答案 0.15 mm 解析先求得未按下时的电容C 1＝0.75 pF ，再由C 1C 2＝d 2d 1，得ΔC C 2＝Δd d 1和C 2＝1.00 pF ，得Δd ＝0.15 mm.【方法技巧练】一、平行板电容器动态问题的处理方法 5．如图2所示，用静电计可以测量已充电的平行板电容器两极板之间的电势差U ，现使B 板带电，则下列判断正确的是( )图2A ．增大两极板之间的距离，指针张角变大B ．将A 板稍微上移，静电计指针张角将变大C ．若将玻璃板插入两板之间，则静电计指针张角将变大D ．若将A 板拿走，则静电计指针张角变为零答案 AB解析电容器上所带电荷量一定，由公式C ＝εr S 4πkd ，当d 变大时，C 变小．再由C ＝Q U得U 变大；当A 板上移时，正对面积S 变小，C 也变小，U 变大；当插入玻璃板时，C 变大，U 变小；当将A 板拿走时，相当于使d 变得更大，C 更小，故U 应更大，故选A 、B. 方法总结 ①电容器充电后断开电源，则电容器所带电荷量Q 保持不变，当极板距离d ，正对面积S 变化时，有：C ＝εr S 4πkd ∝εr S dU ＝Q C ＝4πkdQ εr S ∝ d εr SE ＝U d ＝Q Cd ＝4πkdQ εr Sd ∝1εr S②本题中两板间的电压增大时，静电计指针张角变大，两板间的电压变小时，静电计指针张角变小. 电容器的动态变化分两大类：一类是电荷量不变，一类是电压不变，解题时一定弄清楚．6．如图3所示电路中，A 、B 为两块竖直放置的金属板，G 是一只静电计，开关S 合上后，静电计指针张开一个角度，下述做法可使静电计指针张角增大的是( )图3A ．使A 、B 两板靠近一些B ．使A 、B 两板正对面积错开一些C ．断开S 后，使B 板向右平移拉开一些D ．断开S 后，使A 、B 正对面积错开一些答案 CD解析图中静电计的金属杆接A 极，外壳和B 板均接地，静电计显示的是A 、B 两极板间的电压，指针张角越大，表示两板间的电压越高，当合上S 后，A 、B 两板与电源两极相连，板间电压等于电源电压，不变，静电计指针张角不变；当断开S 后，板间距离增大，正对面积减小，都将使A 、B 两板间的电容变小，而电容器电荷量不变，由C ＝Q U可知，板间电压U 增大，从而使静电计指针张角增大．正确选项为C 、D.方法总结当电容器始终连接在电源上时，两极板间的电压保持不变，根据下列几式讨论C 、Q 、E 的变化情况．C ＝εr S 4πkd ∝εr S d Q ＝UC ＝Uεr S 4πkd ∝εr S dE ＝U d ∝1d二、电容器的综合问题的分析方法7．一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地．在两极板间有一正电荷(电荷量很小)固定在P 点，如图4所示，以E 表示电容器两极板间的电场场强，U 表示电容器两极板间的电压，E P 表示正电荷在P 点的电势能．若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置．则( )图4A ．U 变小，E 不变B ．E 变大，E P 变大C ．U 变小，E P 不变D ．U 不变，E P 不变答案 AC解析当平行板电容器充电后与电源断开时，对有关物理量变化的讨论，要注意板间电场强度的一个特点：E ＝U d ＝Q Cd ＝4πk εr ·Q S，即对于介质介电常数为εr 的平行板电容器而言，两板间的电场强度只与极板上单位面积的带电荷量成正比．带电荷量Q 不变，两板间的电场强度E 保持不变，由于板间距离d 减小，据U ＝Ed 可知，电容器两极板间的电压U 变小．由于场强E 保持不变，因此，P 点与接地的负极板间的电势差保持不变，即P 点的电势保持不变，因此电荷在P 点的电势能E P 保持不变，所在本题的正确选项是A 、C.8．平行板电容器的两极板A 、B 接于电池两极，一带正电小球悬挂在电容器内部，闭合开关S ，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ，如图5所示，则( )图5A ．保持开关S 闭合，带正电的A 极板向B 极板靠近，则θ角增大B ．保持开关S 闭合，带正电的A 极板向B 极板靠近，则θ角不变C ．开关S 断开，带正电的A 极板向B 极板靠近，则θ角增大D ．开关S 断开，带正电的A 极板向B 极板靠近，则θ角不变答案 AD解析球在电场中平衡，则所受电场力、重力及绳的拉力的合力为零．由平衡条件得tan θ＝qE mg，故要判断θ的变化，只需判断电场强度E 的变化即可．S 闭合时，U 不变，A 向B 靠近，d 减小，由E ＝U d，可知E 增大，θ角增大，故A 正确；S 断开，则Q 不变，A 向B 靠近，E 不变，则θ角不变，故D 选项正确．1．关于电容器和电容的概念下列说法正确的是( )A ．任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体都可以看成是一个电容器B ．用电源对平行板电容器充电后，两极板一定带有等量异种电荷C ．某一电容器带电荷量越多，它的电容就越大D ．某一电容器两板间的电压越高，它的电容就越大答案 AB2．有一个正充电的电容器，若使它带的电荷量减少了3×10－6 C ，则其电压降为原来的13，则( ) A ．电容器原来带的电荷量是9×10－6 CB ．电容器原来带的电荷量是4.5×10－6 C C ．电容器原来的电压可能是5 VD ．电容器原来的电压可能是5×10－7 V 答案 BC解析由题意知Q U ＝Q －3×10－6U/3解得Q ＝4.5×10－6 C ．当U 1＝5 V 时，C 1＝Q U 1＝4.5×10－65 F ＝0.9 μF ；当U 2＝5×10－7 V 时，C 2＝Q U 2＝4.5×10－65×10－7F ＝9 F ．电子线路上电器的电容不可能达到(F)数量级，故原电压值不可能是5×10－7V.3．一个空气平行板电容器，极板间相距d ，正对面积S ，充以电荷量Q 后，两极板间电压为U ，为使电容器的电容加倍，可采用的办法是( )A ．将电压变为U/2B ．将带电荷量变为2QC ．将极板间的距离变为d/2D ．两板间充满介电常数为2的电介质答案 CD解析电容器的电容与电容器极板上的电荷量、电压无关，所以选项A 、B 不正确；根据公式C ＝εr S4πkd，可以知道选项C 、D 正确．4．用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素(如图6所示)．设若两极板正对面积为S ，极板间的距离为d ，静电计指针偏角为θ.实验中，极板所带电荷量不变，若( )图6A ．保持S 不变，增大d ，则θ变大B ．保持S 不变，增大d ，则θ变小C ．保持d 不变，减小S ，则θ变小D ．保持d 不变，减小S ，则θ不变答案 A解析静电计指针偏角体现电容器两板间电压大小．在做选项所示的操作中，电容器电荷量Q 保持不变，C ＝Q U ＝εr S4πkd.保持S 不变，增大d ，则C 减小，U 增大，偏角θ增大，选项A 正确，B 错误；保持d 不变，减小S ，则C 减小，偏角θ也增大，故选项C 、D 均错．5．一平行板电容器两极板间距为d 、极板面积为S ，电容为ε0S/d ，其中ε0是常量．对此电容器充电后断开电源．当增加两板间距时，电容器极板间( )A ．电场强度不变，电势差变大。

尖端放电的电学原理

尖端放电的电学原理一、引言尖端放电是一种常见的现象，它可以在许多不同的物理系统中发生，如气体放电、等离子体物理、电子学等。

这种现象是由于电场强度超过了某个临界值而引起的。

本文将重点介绍尖端放电的电学原理。

二、尖端放电的定义和特点尖端放电是指在两个导体之间，当导体间距离非常小并且导体表面形状呈现出极度锐利时，在加上足够高的电压后，就会出现局部放电现象。

这种局部放电现象就被称为尖端放电。

尖端放电有以下几个特点：1. 尖端放电只会在极度锐利的表面形状下发生。

2. 尖端放电只会在高压下发生。

3. 尖端放电只会在空气等介质中发生。

三、尖端放电的机制1. 空气分子离子化机制当一个极度锐利的导体表面暴露在空气中时，它会产生一个非常强大的局部电场。

如果这个局部电场达到了空气分子离化所需的能量阈值，那么一些空气分子就会被电离。

这些离子会继续与周围的空气分子碰撞，形成等离子体区域。

2. 电场增强机制当空气中存在一个等离子体区域时，它会使得局部电场进一步增强。

这是因为等离子体区域中的自由电子可以在外加电场作用下运动，并且它们的运动会产生一个反向于外加电场的内部电场。

这个内部电场可以使得外加电场在尖端附近进一步增强。

3. 空间电荷限制机制当等离子体区域中存在足够多的自由电荷时，它们会对局部电场产生抵消作用，从而限制了尖端放电现象的发生。

四、尖端放电的应用1. 雷击防护尖端放电现象可以用于雷击防护。

在高耸物体（如建筑物、桥梁、塔架等）的顶部设置一个锐利导体，可以使得雷击时产生的局部放电现象集中在这个锐利导体上，从而保护高耸物体不受损害。

2. 等离子体喷雾尖端放电现象可以用于等离子体喷雾。

在一个电极上加上足够高的电压，使得电极表面产生局部放电现象，从而形成一个等离子体云。

这个等离子体云可以用来喷涂材料、清洗表面等。

3. 空气净化尖端放电现象可以用于空气净化。

在一个锐利导体附近加上足够高的电压，使得空气中的有害物质被分解成无害物质。

4静电场中的导体

3) 推论：处于静电平衡的导体是等势体导体表面是等势面导体是等势体
en
E dl
E
+
+ + +
E dl 0
导体内部电势相等
dl
+
+
et
U AB E dl 0
AB
A
B
注意当电势不同的导体相互接触或用另一导体（例如导线）连接时，导体间将出现电势差，引起电荷宏观的定向运动，使电荷重新分布而改变原有的电势差，直至各个导体之间的电势相等、建立起新的静电平衡状态为止。
各个分区的电场分布（电场方向以向右为正）：
1 2 3 4 在Ⅰ区：E 2 0 2 0 2 0 2 0 1 Q 方向向左 0 2 0 S
Eint 0
◆ 导体表面紧邻处的场强必定和导体表面垂直。
E S 表面
证明(1)：如果导体内部有一点场强不为零，该点的自由电子就要在电场力作用下作定向运动，这就不是静电平衡了。证明(2)：若导体表面紧邻处的场强不垂直于导体表面，则场强将有沿表面的切向分量 Et，使自由电子沿表面运动，整个导体仍无法维持静电平衡。
const .
E dS
S
q
i
i
0
E dl 0
L
3. 电荷守恒定律
讨论题：
1. 将一个带电+q、半径为 RB 的大导体球 B 移近一个半径为 RA 而不带电的小导体球 A，试判断下列说法是否正确。 +q B (1) B 球电势高于A球。 (2) 以无限远为电势零点，A球的电势 A 0 。 (3) 在距 B 球球心的距离为r ( r >> RB ) 处的一点P， q /(40。 r2) 该点处的场强等于 (4) 在 B 球表面附近任一点的场强等于 B / 0 ，

静电场中的导体

E2 4 0 r 2
R1 r R2
E3
1
4
0
Q q/ r2
U
R1
E.dr
R2 R1
E2.dr
R2 E3.dr 0
r R2
q/
4 0
1 R1
1 R2
1
4 0
Q q/ R2
0,
解得
q
R 1
Q
R
2
故外球壳外表面荷电 Q q/ Q R1 Q
R2
17
10
例8－１4 如图所示，一带正电Q的点电荷离半径为R的金属球壳外的距离为d，求金属球壳上的感应电荷在球心O处的场强。
q/
R
r
E0 0 E/ d
Q
解以球心为坐标原点，球心指向点电荷的方向为矢径方向，则
点电荷在球心处的场强
Q
E0 4 0 (R d )2 r0
又
E E/ E 0
内
0
q
总之，导体壳内部电场不受壳外电荷的影响，接地导体使得外部电场不受壳内电荷的影响。这种现象称为静电屏蔽。
12
２、尖端放电
在带电尖端附近，电离的分子与周围分子碰撞，使周围的分子处于激发态发光而产生电晕现象。
+ +
++ +++
+ +
+++
+
尖端效应在大多数情况下是有害的：如高压电线上的电晕，故此，高压设备中的金属柄都做成光滑的球形。
△s面上σ均匀， E1=常矢，且垂直于导体表面，又E内＝０
e
E表
E s1 1
0
ds
s

大学物理-第18章静电场中的导体与电介质

1）无极分子---正负电荷作用中心重合的分子。如H2、 N2、O2、CO2 2）有极分子---正负电荷作用中心不重合的分子。如H2O、 CO、SO2、NH3…..
+
O
+- H+ - H+
++
-
++
+
He
H2O
有极分子对外影响等效为一个电偶极子，电矩 Pe ql
事只实不上过lq所在为中为有无从心分分电负的子子场电有中均时荷向所可，作线有等无用段正效极中电为分心荷电子指的偶的向代极电正数子偶电和的极作；模矩用型为
综 1）不管是位移极化还是取向极化，其最后的述：宏观效果都是产生了极化电荷。
2）两种极化都是外场越强，极化越厉害所产生的分子电矩的矢量和也越大。
三、电介质内的场强、有介质时的高斯定理
1、电介质内的场强
EE0E'
c

E0
E'
a
b
EE0E'
实验发现，在均匀介质中
E

2 3 0 ……(3)
在板内任选一点P,其场强是四个面的场强的叠加，有
EP210220230240
又 EP 0 12340 Q
联立四式得：
……(4) 1 2 3 4
12432Q S
I
II III
P
由于静电平衡时表面面电荷密度与表面附近场强大小成
E0

E

E0
r
r 1
0
++
E0
+ +-
E
+ +-

尖端放电

尖端放电导体尖端的电荷特别密集，尖端附近的电场特别强，就会发生尖端放电强电场作用下，物体尖锐部分发生的一种放电现象称为尖端放电,他属于一种电晕放电。

他的原理是物体尖锐处曲率大，电力线密集，因而电势梯度大，致使其附近部分气体被击穿而发生放电。

如果物体尖端在暗处或放电特别强烈，这时往往可以看到它周围有浅蓝色的光晕 .通常情况下，空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离。

由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了，空气电离后产生的负电荷就是负离子，失去原子的电荷带正电，叫做正离子。

（对孤立导体）导体表面有电荷堆积时，电荷密度与导体表面的形状有关。

在凹的部位电荷密度接近零，在平缓的部位小，在尖的部位最大。

当电荷密度达到一定的量值后，电荷产生的电场会很大，以至于把空气击穿（电离），空气中的与导体带电相反的离子会与导体的电荷中和，出现放电火花，并能听到放电声。

如高压线有轮廓的地方，就会出现尖端放电。

由于接到电源上，它一边放电，一边不停的提供放电需要的电荷，这种放电会持续下去。

避雷针是另外一个好的例子。

高大建筑物上安装避雷针，当带电云层靠近建筑物时，建筑物会感应上与云层相反的电荷，这些电荷会聚集到避雷针的尖端，达到一定的值后便开始放电，这样不停的将建筑物上的电荷中和掉，永远达不到会使建筑物遭到损坏的强烈放电所需要的电荷。

雷电的实质是2个带电体间的强烈的放电，在放电的过程中有巨大的能量放出。

建筑物的另外一端与大地相连，与云层相同的电荷就流入大地。

显然，要是避雷针起作用，必须保证尖端的尖锐和接地通路的良好，一个接地通路损坏的避雷针将使建筑物遭受更大的损失。

尖端效应尖端效应是带静电导体所具有的一个重要特点.在静电安全领域.尖端效应可能引发各种静电事故另一方面.人们又可以利用尖端效应来消除静电灾害.率文仅就静电安全领域中的尖端效应作一分析,并从危害与应用两个角度对尖端效应加讨论.1.尖端效应的原理及特点所谓尖端效应,是指在同一带电导体上,与平滑部位相比,其尖端部位面电荷密度较大,尖端附近的电场强度较强,且容易由尖端向周国空气或邻近的接地体放电的现象.在带电导体尖端的强电场作甩下.其附近空气中残存的离子发生激烈运动,并与空气分子猛烈碰撞,使空气分子电离,产生大量正,负离子.这些离子在电场作用下,又与其它空气分子碰撞井使其电离,如此循环.这样.就形成了尖端放电.尖端效应的产生有以下特点:1.1.在导体的带电量殛其周围环境相同情况下,导体尖端越尖,尖端效应越明显.这是因为尖端越尖,曲率越小,面电荷密度越高,其附近场强越强的缘故.当然,所谓.尖盔巷"是一个相对的概念.在同一导体上.与曲率小的部位相比.曲率大的部位就是尖端.因此,设备的边,棱,角相对于平滑表面,管道的喷嘴相对于管线.细导线相对于粗导线,人的手指相对于嘲部背部等等,前者都可认为是尖端,都容易产生尖端效应.应当说明,即使带电体没有尖端.而与之相邻近的接地导体具有尖端.它们之间也会产生尖靖效应.此时,由于静电感应,在接地体的尖端处会感应出异性电荷,并容易与带电体之间发生放电.1.2.尖端放电的形式主要有电晕放电和火花放电两种.在导体带电量较小雨尖端又较尖时,尖端放电多为电晕型放电.这种放电只在尖端附近局部区域内进行,使这部分区域的空气电离,并伴有徽弱的萤光和嘶嘶声.因放电能量较小,这种放电一般不会成为易燃易爆物贾的引火源,但可引起其它危害.在导体带电量较大电位较高时,尖端放电多为火花型放电.这种放电伴有强烈的发光和破坏声响,其电离区域由尖端扩展至接地体(或放电体),在两者之问形成放电通道.由于这种放电的能量较大,所以其引燃引爆及引起人体电击的危险性较大.1.3.火花型尖端放电随两极间距的减小而易于发生.这可由击穿电睚随极问距离的减小而下降来说明.例如,针形电极对于平板电极放电的击穿电压与极问距离之间的关系一般按下式掌握:,一4.9针为正极=00+8.6针为负极由上式还可看出,尖端电撅的带电极性对击穿电压也有影响.在针形电极对平板放电时,若针为正电位,板为负电位,则击穿电压较低,即较容易发生放电;若针为负电位,板为正电位.则击穿电压较高,即较不易发生放电.这种现象是气体击穿的极性效应,在非均匀电场中气体放电时这种效应普遍存在..39,4?尖端放电的发生还与周围环境情况有关一般地说,环境温度越高越容易放电,因为此时电子和离子的动能较大,容易发生电离另外,环境湿度越低越容易放电.围为湿度高时空气中水分子增多,电子与水分子碰撞机会增多,碰后形成活动能力很差的负离子,使碰撞能量减弱.再者?气压越低越容易放电,因为此时气体分子间距加太,电子或离子的平均自由程变大,加速时间增长,动能变大,容易发生碰撞电离.2.尖端效应引起的危害及预防2..尖端效应引起的危害尖端效应的危害主要是由尖端放电引起火灾爆炸,妨碍生产及引起人体电击等事故.2.1??引起火灾爆炸如上所述,由于火花型尖端放电的放电能量较大,因此很容易引起易燃易爆混合物的燃烧和爆炸,造成重大人身伤亡和财产损失.这方面的事故案倒很多.持别是在石油,化工,橡胶等行业,已经成为严重的危害之一1987年10月29日.浙江省椒江市石油公司油库发生了一起油罐火灾爆炸事故.油库的3号罐建成后?进行过两次改造.改造后,在靠近量油孔,离罐壁处遗留下一根钢管悬挂在罐内另外,在泡沫发生器上绑有两根下运约2的舔丝绳;同时,在第二圈钢扳内壁下部.残留有长几十至100多毫米不等的条状金属突出物逸些钢管,钢丝绳和条状金属突出物都是与罐物相连的导体尖端经分析,这些部位的静电尖端放电产生火花引燃爆炸性混合物,是导致这次事故的主要原因之一1986年5月-9日,吉林省辽源市装帧材料厂漆布车问生产胶科的反应釜筵然发生爆炸,事后分折认为也是一起尖端放电引燃的事故.当天.操作工身穿化纤表服,持续而快速地同釜中投放硝酸腔片,人体上积累了较多静电.加之是在绝缘的橡胶地板上操作,静电荷无法向大地泄漏,所以人体静电越积越多当一名工人向这个接地良好的反应釜入孔投料,手指接近罐口时,突然发生人体对釜体的尖端放电.放电止花引起乙醇,醋酸乙酯汽体燃爆2..2.妨碍生产,损坏设备凡花型及电晕型尖端放电都会对生产过程渣成不同程囊的妨碍.乃至损坏设备.在电子产品生产过程中,从面器件的预处理,瓶装,焊接,清洗,到苣扳测试,总装,调试,包装,贮存,发送等工序,都玎髓困静电尖端放电而掼坏器件特是随着麦规模集成电路的生产和应用,由于集成废的提高,器件尽寸的变小和氧化层的变薄,器件承受静电放电的能力下降.更容易造成击穿报废.静电尖端放电可干扰无线电通讯,引起计算机,继电铝,开关等设备中电子元件谡动作"如-飞机飞行过程中,由于晃动摩擦,喷气,感应等原西.台带上大量静电瑶飞帆的机翼,螺旋浆及天线的尖端.都可能产生电晕型尖端放电这些放电会产生很强且无线电干扰,健托和地面的无线电通讯中断,使无线电导航系统不能工作另外,静电故电噪芦还有可能淹没垒部高,中低颡无线电讯号.在静屯测量中也往往受到尖端效应自0干扰,若带屯导体表面或静电测量仪器躬金属丧面不够平整光滑.在棱角或凸凹不平之处,或者受到损伤,镀层脱落,生锈及附有金属离等,删当物体电位升高到一定程度时.就会在这些不乎之处产生尖端放电.使电荷很快诖!=掉,影响溉量的正常进行2.1.3.引进人体电击静电尖端放电常可引起人体电击.例如,与大地绝缘的体比如穿着塑料底鞋)经长时间剧烈运动摩擦,带有较多静电.若此时伸手将手指接近接地体,岔在手指与接地体之间放电.尖端放电的原因是因为尖端的电场强度大，而不是该处累积电荷会比较多造成的。

尖端放电现象及应用

尖端放电现象及应用尖端放电（corona discharge）是指在导体表面或者电介质表面附近，由于电场强度增大，形成局部电离而导致的放电现象。

尖端放电现象广泛存在于电力系统、电子设备、气体放电设备等方面，并被应用于电力传输、电晕起电、离子发生器等领域。

在下面的回答中，我将从尖端放电的原理、尖端放电的应用以及尖端放电的安全问题等方面进行详细讨论。

首先，尖端放电是由于电场强度增大而导致的局部电离。

当电场强度超过介质的击穿电场强度时，电子将被加速并与原子碰撞，从而使得局部产生电离。

尖端放电可以通过改变电场强度的方法来控制，例如通过改变电场分布、改变电极形状等方式。

另外，尖端放电还与气压、温度、湿度等环境因素有关。

气压越低，尖端放电越容易发生；温度越高，尖端放电越容易发生；湿度越高，尖端放电越不容易发生。

尖端放电在电力系统中有广泛的应用。

在高电压输电线路中，为了减小电场强度，通常会在导线尖端安装避雷器，以实现尖端放电的控制。

此外，在直流输电系统中，为了消除输电线路上的空载电流，也会采用尖端放电的方式进行电离。

在绝缘子放电检测中，也常使用尖端放电的方法进行故障检测和预警。

此外，在计算机设备中，尖端放电也是一个重要的问题。

由于计算机设备中电子元件尺寸小、电压高，容易产生尖端放电，因此需要采取相应的防护措施。

尖端放电还在电子设备中有应用。

例如，在电晕起电（corona charging）中，通过尖端放电的方式将电荷聚集在导体表面，从而实现电晕放电的目的。

电晕起电可以应用于静电喷涂、静电印刷和气体放电设备等领域。

此外，尖端放电还被应用于离子发生器中。

通过尖端放电产生的电离气体离子可以应用于空气净化、空气电化等方面。

当然，尖端放电也存在一些安全问题。

尖端放电产生的电离空气中会产生臭氧、氮氧化物等有害物质，对人体健康造成危害。

此外，尖端放电产生的高电压易引发火灾和爆炸。

因此，在使用尖端放电时应采取相应的防护措施，例如合理设计电路、进行温度控制、保持湿度适宜等。

尖端放电

由于导体尖端的电荷特别密集, 所以尖端附近空气中的电场特别强, 使得空气中残存的少量离子加速运动。这些高速运动的离子撞击空气分子，使更多的分子电离。这时空气成为导体，于是产生了尖端放电现象.
那么尖端放电给我们日常生活中带来了那些影响呢
尖端放电现象有利有弊: 先说一下坏的一面:尖端放电会损耗电能, 还会干
２、对于孤立的带电导体来说，定性上，其面上电荷密度的分布犹如下定性规律：大致说来，在一个孤立带电导体上面电荷密度的大小与表面的曲率有关。导体表面凸处而尖锐的地方（曲率较大），电荷就比较密集，即电荷密度大；表面较平坦的地方（曲率较小），电荷密度就小；表面凹进去的地方（曲率为负），电荷密度更小。但要注意，电荷密度与曲率之间并不存在一一对应的函数关系。我们也可以这样来理解：任何形状的导体在远方看来都像是个点电荷，它的等势面是球面；另一方面导体表面都是等势面。当一个等势面从导体表面向远方过渡时，就会如右图所示那样，在导体凸出部分附近的等势面间隔小，从而场强很大，由可知电荷密 E 0 e 度也很大。
尖端放电现象及其应用
制作人: 0610285 闫力松0610286杨智唤 0610287易三铭0610288殷毅 0610289尹炜恺
什么是尖端放电现象?
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 .
那么它又是怎样产生的呢?且听下文分解
首先让我们一起来了解电荷在导体上是如何分布的: １、我们先来看两个大小不等的导体球联接（如图所示），其电荷分布有什么规律？我们知道，静电场中的导体构成等势体，电荷只分布在导体表面。图中，电荷只分布在球面上，且两球面是等势面，其情况与两个球壳联接的情况是相同的。可设面密度分别为，则有:

山东省专用2018_2019学年高中物理第一章静电场第7节静电现象的应用讲义含解析新人教版选修3

第 7 节静电现象的应用1.静电平衡状态是指处在电场中的导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。

2．处于静电平衡状态的导体是一个等势体，其表面是等势面，其内部电场强度处处为零。

3．尖端放电现象是导体尖端失去电荷的现象。

4．金属壳达到静电平衡时，其内部不受外部电场影响，金属壳的这种作用叫静电屏蔽。

一、静电平衡状态、导体上电荷的分布1．静电平衡状态导体中(包括表面)自由电子不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。

2．静电平衡状态下导体的特点(1)处于静电平衡状态的导体，内部电场处处为零。

(2)处于静电平衡状态的整个导体是一个等势体，它的表面是一个等势面。

(3)表面处的电场强度不为零，方向跟导体表面垂直。

3．导体上电荷的分布(1)处于静电平衡状态的导体，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(单位面积上的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。

二、尖端放电和静电屏蔽尖端放电静电屏蔽导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后当金属外壳达到静电平衡时，内部没有原理的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从电场，因而金属的外壳会对其内部起保尖端失去电荷护作用，使它内部不受外部电场的影响应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种应用或设施应用：电学仪器外面有金属壳，野外高防止防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少压线上方还有两条导线与大地相连电能的损失1．自主思考——判一判(1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零。

(√)(2)静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，导体的电势也为零。

(×)(3)因为外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场为 0，所以处于静电平衡的导体内部电场处处为 0。

(√)(4)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。

(×)(5)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开。

静电场-放电现象

结论：导体内无净电荷，所有电荷分布于外表面
证明：e
E•dS
S
q内
0
静电平衡时E = 0
q内0
高
斯
面
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静电场-放电现象
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（2）空腔导体电荷分布
a.腔内无电荷
结论: 外表面带电，内表面不带电。
证明：e dS0q
导体内 E 0
q 0
内表面电荷是否会等量异号？
反证法：UabUaUbabE dl0
火花放电在生活中常会遇到. 干燥的冬天,身穿毛衣和化纤衣服,长时间走路之后,由于摩擦，身体上会积累静电荷. 这时如果手指靠近金属物品, 你会感到手上有针刺般的疼痛感。这就是火花放电引起的. 如果事先拿一把钥匙, 让钥匙的尖端靠近其他金属体, 就会避免疼痛.
在一些工厂或实验室里, 存在大量易燃气体, 工作人员要穿一种特制的鞋, 这种鞋的导电性能很好，能够将电荷导入大地, 避免电荷在人体上的积累, 以免产生火花放电, 引起火灾.
(1) 导体内任一点场强都为零 (2) 导体表面上的场强垂直于表面
电势条件导体是一等势体,导体表面是一等势面
导体上任一点电势b都相等
证明：
UaUbaEdl
aE
内部： E 0
表面： Edl
Ua Ub 0
Ua Ub 0
a dl bb
Ua Ub
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静电场-放电现象
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2、静电平衡时导体上的电荷分布（1）实心导体电荷分布
尖端放电在技术上有重要意义. 高压输电导线和高压设备的金属元件，表面要很光滑, 为的是避免因尖端放电而损失电能或造成事故。
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静电场-放电现象

静电场中的导体

一、静电感应
1.静电感应静电感应
r E0
r E 0 r ′ r Er
=0
r E′
r E = E0 + E′ 内
无外场时自由电子无规运动：子无规运动：电子气” “电子气”
r 在外场 E 0 中无规运动； 1. 无规运动； 2. 宏观定向运动
导体内电荷重新分布 r' 出现附加电场 E 直至静电平衡
∴U R3
−q Q+q Q+q = + + = 4πε 0 R3 4πε 0 R3 4πε 0 R3 4πε 0 R3 q
1 q q q +Q UR1 = − + 4πε0 R R2 R 1 3
q +Q UR3 = 4πε0R 3
（2）两球的电势差为）
R3
R R 1 2
q 1 1 UR1 −UR3 = − 4 0 R R πε 1 2
1 1
−q Q+q ∴U R1 = U 0 = + + 4πε 0 R1 4πε 0 R2 4πε 0 R3 q
同理球壳内外表面的电势分别为：同理球壳内外表面的电势分别为： q −q Q+q Q+q ∴U R2 = + + = 4πε 0 R2 4πε 0 R2 4πε 0 R3 4πε 0 R3
01
=
1 4 πε
0
q L
感应电荷Q在O点电势:
q L
O R
U 02 =
=
∫∫
S
1
1 σ ′dS = 4πε 0 R 4πε 0 R
∫∫
S
σ ′dS
4πε 0
Q ⋅ R

高二物理静电场知识点总结

《高二物理静电场知识点总结》一、引言物理世界充满了奥秘与神奇，而静电场作为高二物理中的重要内容，更是打开了一扇通往微观与宏观世界相互连接的大门。

从生活中简单的静电现象，如冬天脱毛衣时的火花，到高科技领域中的电子设备运行，静电场都在其中发挥着至关重要的作用。

在高二物理的学习中，深入理解静电场的知识点，不仅有助于我们应对考试，更能让我们对周围的世界有更深刻的认识。

二、静电场的基本概念1. 电荷电荷是物质的一种基本属性，分为正电荷和负电荷。

同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

电荷的单位是库仑（C）。

2. 元电荷最小的电荷量，即电子或质子所带的电荷量，用 e 表示，e = 1.6×10⁻¹⁹C。

任何带电体的电荷量都是元电荷的整数倍。

3. 库仑定律真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。

公式为 F = kq₁q₂/r²，其中 k 为静电力常量，k =9.0×10⁹N·m²/C²。

三、电场强度1. 定义放入电场中某点的电荷所受的电场力 F 与它的电荷量 q 的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。

公式为 E = F/q。

电场强度是矢量，规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向。

2. 电场强度的叠加如果有几个点电荷同时存在，它们的电场在某点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。

四、电场线1. 定义为了形象地描述电场而引入的假想曲线。

曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，曲线的疏密程度表示场强的大小。

2. 特点（1）电场线从正电荷或无限远出发，终止于负电荷或无限远。

（2）电场线在电场中不相交。

（3）电场线不是实际存在的线，而是为了形象地描述电场而引入的假想线。

五、电势能和电势1. 电势能电荷在电场中具有的势能叫做电势能。

尖端放电

尖端放电科技名词定义中文名称：尖端放电英文名称：point discharge 定义1：一种与周围气体之间有电位差的尖端导体的无声无光的放电现象。

在大气中，树及其他带尖顶或突起的地物有可能成为尖端放电的电流源。

应用学科：大气科学（一级学科）；大气物理学（二级学科）定义2：在高电压作用下，电极尖端部位的电场强度超过一定数值后产生的电晕放电现象。

应用学科：电力（一级学科）；高电压技术（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科名片尖端放电是在强电场作用下，物体尖锐部分发生的一种放电现象。

属于一种电晕放电。

目录简介科学原理尖端效应的产生特点尖端效应的危害应用常见实验编辑本段简介导体尖端的电荷特别密集，尖端附近的电场特别强，就会发生尖端放电强电场作用下，物体尖锐部分发生的一种放电现象称为尖端放电，它属于一种电晕放电。

它的原理是物体尖锐处曲率大，电力线密集，因而电势梯度大，致使其附近部分气体被击穿而发生放电。

如果物体尖端在暗处或放电特别强烈，这时往往可以看到它周围有浅蓝色的光晕。

通常情况下，空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离。

由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了，空气电离后产生的负电荷就是负离子，失去电子的电荷带正电，叫做正离子。

（对孤立导体）导体表面有电荷堆积时，电荷密度与导体表面的形状有关。

在凹的部位电荷密度接近零，在平缓的部位小，在尖的部位最大。

如高压线有轮廓的地方，就会出现尖端放电。

由于接到电源上，它一边放电，一边不停的提供放电需要的电荷，这种放电会持续下去。

避雷针是另外一个好的例子。

3.4 静电场中的导体大学物理

基础物理学
16
+ + +
将使外部空间不受
空腔内的电场影响.
接地导体电势为零问：此图中空间各部分的电场强度如何分布？
q
+ + +
q
+
q
+
主讲：张国才
3.4 静电场中的导体
基础物理学
17
静电屏蔽的应用
精密电磁仪器金属外罩使仪器免受外电场干扰高压设备金属外罩避免其电场对外界产生影响. 电磁信号传输线外罩金属丝编制屏蔽层免受外界影响. 高压带电作业中工人师傅穿的金属丝编制的屏蔽服使其能够安全的实施高压操作.
主讲：张国才
3.4 静电场中的导体空腔内有电荷
基础物理学
7

S1
E dS 0, qin 0
+Q
q Q
电荷分布在表面上
问内表面上有电荷吗？
S2
E dS 0, qin 0
S2
q
q
qin q内 +q; q内 q
S1
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 . （电荷守恒）
+Q 静电平衡时导体上电荷的分布 + + + + 1 实心导体 + 导体是否只能在静电场中才能达到静电平衡？？ S+ q
q 0 都可达到静电平衡。
有空腔导体
S
0
结论导体内部无电荷
+Q

S
E dS 0, qin 0
空腔内无电荷
电荷分布在表面上问内表面上有电荷吗？

静电的应用尖端放电原理

静电的应用尖端放电原理一、引言静电是指物体表面带有电荷，但电荷不流动的一种电现象。

在日常生活中，我们常常会遇到静电现象，例如梳头发时出现的阵阵电声、衣物与皮肤摩擦时的电击感等。

静电不仅仅是一种麻烦，它还有一些实际应用，其中之一就是尖端放电技术。

本文将介绍静电尖端放电原理以及其应用。

二、尖端放电原理尖端放电是利用尖锐物体的曲率效应，通过尖端作为电荷聚集点，使电场强度增大，从而实现放电现象。

尖端放电有两种形式，即尖端磨损放电和尖端放电。

1.尖端磨损放电尖端磨损放电是指由于尖端细长且形状良好，使得本身电势能较高，通过尖端电场提高并促使尖端附近空气（或其他介质）发生放电现象。

尖端磨损放电常见的应用场景是雷暴中的闪电，当云层和地面的电势差达到一定程度时，空气中的电荷聚集在尖端部位，促使空气放电的现象产生。

2.尖端放电尖端放电是指在电极尖端处发生的放电现象，通过针尖、导线尖端等形状尖锐的物体产生高强电场，使靠近电极尖端的电荷达到放电状态。

尖端放电主要应用在电静力场、电喷雾、电刷以及静电吸附等领域。

例如，我们常见的静电吸尘器就是利用尖端放电原理，通过高强电场吸附灰尘等杂质。

三、尖端放电应用尖端放电技术具有很广泛的应用领域，下面将列举一些常见的尖端放电应用。

1.静电吸附利用尖端放电产生的高强电场，可以将粉尘、细菌等微小杂质吸附在尖端附近。

这项技术广泛应用在电子制造、医疗器械清洁等领域，能够有效地去除微小颗粒，保证产品的质量。

2.静电喷雾静电喷雾是将液体通过尖端放电产生的电场雾化成细小的液滴，使得液滴可以更好地附着在目标物体上。

这项技术在农业农药喷洒、液体涂层等领域得到了广泛应用，提高了涂层均匀度和附着性能。

3.静电除尘静电除尘是利用电场力将空气中的尘埃颗粒吸引到带电的电极上，从而实现净化空气的目的。

这项技术在环境保护、工业领域等地广泛应用，能够有效去除空气中的颗粒物。

4.静电防护静电防护是通过合理设计和使用尖端放电技术，防止静电产生的电荷对电子设备和工作人员造成损害。

高二物理必修三知识点总结

高二物理必修三知识点总结一、静电场1. 电荷与库仑定律- 电荷量及其守恒定律- 库仑定律的内容和公式- 电场强度的定义和计算方法2. 电场线与电通量- 电场线的绘制规则- 电通量的定义和计算- 高斯定律的应用3. 电势能与电势- 电势能和电势的定义- 电势差的计算- 电势与电场强度的关系4. 电容器与电容- 电容器的工作原理- 电容的定义和计算- 电容器的串并联5. 静电场中的导体- 导体的静电平衡状态- 电荷在导体表面的分布- 尖端放电现象二、直流电路1. 电流与电压- 电流的定义和单位- 电压的概念和作用- 欧姆定律的应用2. 串联与并联电路- 串联电路的特点和计算 - 并联电路的特点和计算 - 混合电路的分析3. 基尔霍夫定律- 基尔霍夫电流定律- 基尔霍夫电压定律- 基尔霍夫定律的应用实例4. 电功与电功率- 电功的定义和计算- 电功率的概念- 功率与能量的关系5. 直流电的磁场- 奥斯特实验- 电流周围磁场的分布- 磁通量和磁场强度三、磁场与电磁感应1. 磁场的基本概念- 磁场和磁力线- 磁通量的计算- 磁场对运动电荷的作用2. 磁场中的力- 洛伦兹力的计算- 安培力的计算- 磁浮现象3. 电磁感应- 法拉第电磁感应定律- 楞次定律- 感应电动势的计算4. 交流电的产生- 发电机的工作原理- 交流电的表达式- 交流电的最大值和有效值5. 交流电路- 交流电路中的电阻、电容和电感 - 阻抗的概念- 交流电路中的功率计算四、波动与光学1. 波的基本特性- 波的分类- 波速、波长和频率的关系- 波的干涉和衍射2. 声波- 声波的产生和传播- 声波的特性- 声波的能量3. 光的反射和折射- 平面镜的成像- 折射定律- 透镜的成像原理4. 光的干涉和衍射- 双缝干涉实验- 单缝衍射图样- 光栅的衍射5. 光的偏振- 偏振光的产生- 马吕斯定律- 偏振光的应用以上是高二物理必修三的知识点总结，每个部分都包含了该章节的核心概念和重要公式。

即尖端放电尖端放电现象4静电场中的导体静电场简明物理

大学物理-第3章-静电场中的导体

第一章 静电场 第7、8节

尖端放电的电学原理

4静电场中的导体

静电场中的导体

大学物理-第18章静电场中的导体与电介质

尖端放电

尖端放电现象及应用

尖端放电

山东省专用2018_2019学年高中物理第一章静电场第7节静电现象的应用讲义含解析新人教版选修3

静电场-放电现象

静电场中的导体

高二物理静电场知识点总结

尖端放电

3.4 静电场中的导体 大学物理

静电的应用尖端放电原理

高二物理必修三知识点总结

第一章静电场第7、8节

3.4 静电场中的导体大学物理