大学物理课件：静电场中的导体

静电场中的导体6.1.1导体的静电平衡1.金属的微观结构自由电子：金属原子最外层电子易脱离原子自由运动，通常作热运动，有外场时定向运动；。

2.静电感应现象处于外场的导体：其自由电子在场力作用下定向移动，使导体两端带不同电荷，在导体内激发电场，当外场与其完全抵消时自由电子定向移动停止，导体达到静电平衡状态。。

正离子：失去最外层电子的金属原子，有规则的排列成晶格点阵，有热运动但无自由运动；。

+++++++++感应电荷静电感应现象：外场作用下使导体两端带不同电荷；初态末态++++++++++++处于外场中的导体静电感应过程开始；++++++++导体内电场强度外电场强度感应电荷电场强度静电平衡状态：++++++3.静电平衡状态A.静电感应过程结束达到导体内场强为零、电荷无定向移动的状态称为静电平衡状态，对应静电平衡条件；B.导体内任意一点的电场强度为零称为静电平衡条件；（1）导体表面场强与其表面垂直；（2）导体是等势体；（3）未抵消净电荷只能分布在导体外表面上；4.

推论c.导体内部电势相等；b.导体表面是等势面；证明：表面上：导体内：

反正法：假设不垂直，则表面的电荷将受场力移动，与静电平衡状态矛盾。故有结论：垂直；a.导体表面电场与表面垂直；6.1.2导体静电平衡时电荷的分布A.实心导体：++++++++++结论:实心导体内部无电荷；净电荷只能分布于外表面上；

1.导体内无电荷，净电荷分布在外表面；

B.空腔导体：若腔内表面带电荷：则腔内有电场，任两点的电势不等：这与导体是等势体矛盾；故腔内表面不带电荷；结论:静电平衡时空腔导体内表面无电荷；电荷只能分布在外表面上；。

总之：不论空腔导体、实心导体均有结论：净

电荷只能分布在导体外表面上；。

++--+++++++++++薄片形高斯面1.导体外表面电荷与关系(2)(1)作薄片形高斯面如图：得：6.1.3导体表面附近的场强结论：带电导体处于静电平衡时，其外表面附近的电场强度在数值上等于该处电荷面密度的分之一，如带正电荷则方向为外法线方向。(2)2.带电导体处于静电平衡时，其外表面电荷面密度是个复杂的多因素函数，与该处导体表面的曲率有关、与其周围环境等因素有关。注意：导体表面电荷分布与其形状及周围环境有关.例如：导体表面电荷分布与其表面曲率半径有关：凸出部分较凹陷部分的面电荷密度大，凸出部分中曲率半径越小面电荷密度越大；3.导体表面电荷分布+++++++++实验表明：带电导体尖端附近电场最强；可使导体尖端附近的空气发生电离而产生放电现象，即尖端放电；1.尖端放电损耗电能；干扰精密测量、对通讯产生危害等；措施：设备的金属器件避免尖角、尖棱，尽量以圆角、球形、光滑平坦的形式出现；2.尖端放电应用广泛：如避雷针；6.1.4尖端放电现象尖端放电现象的利与弊：6.1.5

静电屏蔽

1.空腔导体屏蔽外电场：外电场空腔导体屏蔽外电场空腔导体屏蔽外电场：使腔内物体不受外场影响，此时整个空腔导体和腔内电势处处相等.

。

2.外接地空腔导体屏蔽内电场：

内表面感应出相反电荷，外表面产生出同种电荷；

设腔内有电荷q：外表面接地：表面电荷中和不显电性，腔外电场消失；3.静电屏蔽的应用：结论：外接地空腔导体将使外部空间不受腔内电场影响。高压线路带电安全维修：屏蔽服；例题6.1.1半径R1的导体球,被与其同心的导体球壳包围,球壳内外半径为R2

、R3,若使导体球带电Q1

、球壳带电Q2,试求：

（1）导体球及球壳的电荷分布；

（2）该带电系统V的分布；（1）导体球静电平衡时，电荷Q1均匀分布在导体球表面。导体球壳静电平衡时，其内表面均匀分布-Q1电荷，而外表面均匀分布电荷Q1+Q2；解：分析由静电平衡条件可求电荷分布，电势叠加原理得结果。也可先