电场中的导体

电场中的导体

学科:物理

教学内容:电场中的导体

[基础知识精华]

1。金属导体特征

金属导体由热振动的正离子和在它们之间不规则移动的自由电子组成。2.静电感应现象

将金属导体置于电场中，导体内部的自由电子在电场力的作用下将向电场的相反方向移动，从而在导体两端产生正负电荷。这种现象被称为静电感应。如果导体的两个部分放在一起，那么当它进一步分成两个部分时，这两个部分可以分别带相等的正电荷和负电荷，即感应带电。

3。静电平衡态

导体(包括表面)没有定向电荷运动。静电平衡是在外部电场的电场力的作用下，导体中电荷的重新分布，从而产生感应电荷。导体中感应电荷形成的电场抵消了外部电场的结果。

4。静电平衡状态下导体的特性(1)导体内部的综合场强处处为零；(2)净电荷仅分布在导体的外表面；(3)电场线与导体表面垂直连接。

(4)整个导体是一个等电位体。它的表面是一个等电位面。

表明:①净电荷是体内正负电荷中和后剩余的电荷。②应在以下章节学习第(4)条。5.静电屏蔽

静电平衡将导致导体内部电场强度为零。电气仪表和电子设备的外表面应覆盖金属网或金属外壳。仪器和设备不会受到外部电场的影响，因为它们所在的地方磁场强度为零。这是静电屏蔽。

[重点难点分析]

主要静电平衡导体的场强和静电荷分布特性。法拉第筒实验难点。示例1如图所示。在不带电荷的导体AB的左侧有一个带正电的球+Q。现在，导体的a端、正中间部分和b端在相同的初始状态下分别短时间接通和断开三次。在那之后，导体AB的带电和它内部的场强是()

a .正电荷

b .负电荷

c .不带电

D.AB .在其内部m点感应电荷产生的场强不为零。方向指向+Q

。有两种方法可以用来判断这类问题。

方法一:用电荷间的相互作用力来判断。AB处于+Q产生的电场中，由于静电感应，a端感应带负电，b端感应带正电。这个过程可以理解为AB中的自由电子被+Q吸引，它们离+Q越近越好。如果此时用导线将AB接地，被排斥的正电荷(事实上，自由电子)将移动到由AB 和地组成的大导体的远端，远离+Q。接地线断开后，AB将带负电。可以看出，无论导体AB在什么地方短暂接地，它都将充有不同的电

荷。由于无穷大和地电位为零，因此，由带正电的球形成的电场中任何一点的电位都大于零。由于导体AB是等电位体，高于地电位，导体中的正电荷在电场力的作用下会从高电位流向低电位，从而使导体带负电。BD。

表示类似的问题。在上述过程中，通过用“用手触摸导体ab”的操作代替“短接地和断开”的操作，可以获得相同的结果。

例2分别确定了下图中a、b、c和d四个电场的存在和方向。

分析表明，静电平衡后，靠近正电荷的空导体壳右侧带负电荷，左侧带正电荷。感应电荷的电场和a点电荷的电场相互抵消，所以a点的场强为零。

。对于b点，由于b点接地，导体外壳的右端在平衡后带负电，类似地，b点的场强为零。

。对于点c，这里叠加了三个电场，即点电荷电场、导体外壳内壁上的负感应电荷产生的电场和外壁上的正感应电荷产生的电场。两种感应电荷的电场正好互相抵消。C点的综合场强是点电荷的电场，所以C点的场强方向是沿着连接球中心和C点的线指向C点

。对于点D，由于导体外壳接地，与点C的区别是导体外壳外壁上的正感应电荷电场较少，所以其余两个电场相互抵消。D点的场强为零。

。从这个例子的分析可以看出，壳体导体是否接地可以“阻挡”外部电场的进入。然而，只有接地的外壳导体才能“阻挡”内部电场的“泄

漏”。“阻挡”和“泄漏”这两个词用引号括起来，以强调静电屏蔽现象并不真正阻挡电场，而是由电荷引起的电场抵消了原来的电场。

[谜题解答提示]

例1如图所示，在空心金属圆柱P的附近，有一个接地的金属球m。带负电的球q放在P的内部。使m带负电的方法是:()

A。Q不接触P的内壁。但是，在P短时间接地后，移除Q B . Q的内壁不与C. Q接触。P

D的内壁。对P接地

的分析表明，除去Q后，P的外表面带正电，M带负电，A是正确的。如果使用方法B，M通过静电感应带正电。如果使用方法C，Q 的负

次方将全部移动到P的外面，并且相同的M将带正电。如果你使用的是D法，此时就是“内部屏蔽”。M处的综合场强为零，M将不带电。答案A是正确的。

表明本课题考察了接触带电、感应带电、静电屏蔽等知识的掌握情况。解决问题的关键是利用上述知识进行综合分析。

箱长度为L的导体棒未带电。现在，一个电荷为+q的点电荷被放置在杆左端的r处，如图所示。当棒达到静电平衡时，棒中点处的感应电荷产生的场强等于。

分析导体棒在+q点电荷中产生静电感应，左端带负电荷，右端带正电荷。在棒中的任何一点都有两个电场，即外部电场-在该点由+q形成的电场E0，和附加电场-在该点由棒上感应电荷形成的电场E’。当达到静电平衡时，E’ = E0.

为E ‘，因此我们通过上述等式将其转换为E0。解决方案:杆的中心距离+q是r = r+l/2，所以

e’ = E0 =

kq，12 (r？)2，并且E’和E0的方向相反。

。同样，我们也可以计算棒中其他点的附加电场的场强。

表明感应电荷和电荷量分布在一个平面上，电荷量的值是未知的，所以不能用e = K

q直接计算，只有2r可以用静电平衡的性质求解。

[命题趋势分析]

本节考试要点主要包括以下三个方面。

1是关于静电感应过程中感应带电的有无及其性质的判定；二是判断和计算导体在静态平衡状态下的场强。三是静电屏蔽过程中带电、场强、电位、相关位置电位差等物理量的确定。为了分析和解决这些问题，有必要根据电场的相关性质和静电平衡中导体的性质来进行。[典型热点话题]

实施例1最初不带电的金属球现在用均匀带电的细棒MN沿着球直径的延长线放置。如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内径