高二物理竞赛：导体的静电平衡条件课件

静电场中的导体第四章1导体的静电平衡条件一.金属导体的电结构特征导体能够很好地导电，乃是由于导体中存在着大量可以自由移动的电荷。只讨论金属导体自由电子晶体点阵和自由电子示意图++++++++++++从物质的电结构来看，金属导体具有带负电的自由电子和带正电的晶体点阵。当导体不带电也不受外电场的作用时，两种电荷在导体内均匀分布，都没有宏观移动，只有微观的热运动存在(见右图)。电中性第四章静电场中的导体从物质电结构理论的观点来看，任何物体都亦可能带电。按导电性能的不同，物体可分为三类，即1)导体：当物体的某部分带电后，如果能够把所带的电荷迅速地向其他部分传布开来，则这种物体称为导电体，简称导体。各种金属，碱、酸或盐的溶液即化学上的电解质，人体，地球等。引言2)电介质(绝缘体)：如果物体某部分带电后，其电荷只能停留在该部分，而不能显著地向其他部分传布，这种不导电的物体称为电介质，又称绝缘体。如：玻璃、石蜡、硬橡胶、塑料、松香、丝绸、瓷器、纯水、干燥空气等都是电介质。由于电介质很难导电，所以它容易带电。3)

半导体：导电性能介于它们导体和绝缘体两者之间的物质，叫半导体。◆本章主要内容：讨论导体带电和它周围的电场有什么关系，即介绍静电场的一般规律在有导体存在的情况下的具体应用。◆本章基本要求：理解静电场中导体的静电平衡条件，导体表面电荷的分布情况和静电屏蔽原理◆本章难点：掌握静电平衡状态下导体的电场特征及各点电势的计算，能分析导体上的电荷分布情况。从物质的电结构来看，金属导体具有带负电的自由电子和带正电的晶体点阵。当导体不带电也不受外电场的作用时，两种电荷在导体内均匀分布，都没有宏观移动，或者说电荷并没有作定向运动。这时，只有微观的热运动存在(见右图)。因此，在导体中任意划取的微小体积元内，自由电子的负电荷和晶体点阵上的正电荷的数目是相等的，整个导体或其中任一部分都不显现电性，而呈中性。晶体点阵和自由电子示意图++++++++++++二.静电感应静电平衡条件+++++++++感生电荷1.静电感应现象导体上因静电感应而出现的电荷，称为感生电荷。++++++++++++++++++++导体内电场强度外电场强度感生电荷电场强度静电平衡将一块不带电的金属导体放入静电场中。导体内带负电的自由电子在电场力的作用下，将相对于晶体点阵逆着电场的方向作宏观的定向运动，从而改变导体上的电荷分布。电荷分布的改变导体内部的电场分布导体周围的电场分布改变静电平衡状态1)导体的静电平衡状态：导体内部和表面都没有电荷的定向移动。2)静电平衡条件：◆

导体内部任何一点的场强都等于零；◆

导体表面紧邻处的场强必定和导体表面垂直。表面2.

静电平衡条件证明(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。++++++导体是等势体

导体表面是等势面

导体内部电势相等3)推论：处于静电平衡的导体是等势体当电势不同的导体相互接触或用另一导体（例如导线）连