大學物理課件：靜電場中的導體

靜電場中的導體6.1.1導體的靜電平衡1.金屬的微觀結構自由電子：金屬原子最外層電子易脫離原子自由運動，通常作熱運動，有外場時定向運動；。

2.靜電感應現(xiàn)象處于外場的導體：其自由電子在場力作用下定向移動，使導體兩端帶不同電荷，在導體內激發(fā)電場，當外場與其完全抵消時自由電子定向移動停止，導體達到靜電平衡狀態(tài)。。

正離子：失去最外層電子的金屬原子，有規(guī)則的排列成晶格點陣，有熱運動但無自由運動；。

+++++++++感應電荷靜電感應現(xiàn)象：外場作用下使導體兩端帶不同電荷；初態(tài)末態(tài)++++++++++++處于外場中的導體靜電感應過程開始；++++++++導體內電場強度外電場強度感應電荷電場強度靜電平衡狀態(tài)：++++++3.靜電平衡狀態(tài)A.靜電感應過程結束達到導體內場強為零、電荷無定向移動的狀態(tài)稱為靜電平衡狀態(tài)，對應靜電平衡條件；B.導體內任意一點的電場強度為零稱為靜電平衡條件；（1）導體表面場強與其表面垂直；（2）導體是等勢體；（3）未抵消凈電荷只能分布在導體外表面上；4.

推論c.導體內部電勢相等；b.導體表面是等勢面；證明：表面上：導體內：

反正法：假設不垂直，則表面的電荷將受場力移動，與靜電平衡狀態(tài)矛盾。故有結論：垂直；a.導體表面電場與表面垂直；6.1.2導體靜電平衡時電荷的分布A.實心導體：++++++++++結論:實心導體內部無電荷；凈電荷只能分布于外表面上；

1.導體內無電荷，凈電荷分布在外表面；

B.空腔導體：若腔內表面帶電荷：則腔內有電場，任兩點的電勢不等：這與導體是等勢體矛盾；故腔內表面不帶電荷；結論:靜電平衡時空腔導體內表面無電荷；電荷只能分布在外表面上；。

總之：不論空腔導體、實心導體均有結論：凈

電荷只能分布在導體外表面上；。

++--+++++++++++薄片形高斯面1.導體外表面電荷與關系(2)(1)作薄片形高斯面如圖：得：6.1.3導體表面附近的場強結論：帶電導體處于靜電平衡時，其外表面附近的電場強度在數值上等于該處電荷面密度的分之一，如帶正電荷則方向為外法線方向。(2)2.帶電導體處于靜電平衡時，其外表面電荷面密度是個復雜的多因素函數，與該處導體表面的曲率有關、與其周圍環(huán)境等因素有關。注意：導體表面電荷分布與其形狀及周圍環(huán)境有關.例如：導體表面電荷分布與其表面曲率半徑有關：凸出部分較凹陷部分的面電荷密度大，凸出部分中曲率半徑越小面電荷密度越大；3.導體表面電荷分布+++++++++實驗表明：帶電導體尖端附近電場最強；可使導體尖端附近的空氣發(fā)生電離而產生放電現(xiàn)象，即尖端放電；1.尖端放電損耗電能；干擾精密測量、對通訊產生危害等；措施：設備的金屬器件避免尖角、尖棱，盡量以圓角、球形、光滑平坦的形式出現(xiàn)；2.尖端放電應用廣泛：如避雷針；6.1.4尖端放電現(xiàn)象尖端放電現(xiàn)象的利與弊：6.1.5

靜電屏蔽

1.空腔導體屏蔽外電場：外電場空腔導體屏蔽外電場空腔導體屏蔽外電場：使腔內物體不受外場影響，此時整個空腔導體和腔內電勢處處相等.

。

2.外接地空腔導體屏蔽內電場：

內表面感應出相反電荷，外表面產生出同種電荷；

設腔內有電荷q：外表面接地：表面電荷中和不顯電性，腔外電場消失；3.靜電屏蔽的應用：結論：外接地空腔導體將使外部空間不受腔內電場影響。高壓線路帶電安全維修：屏蔽服；例題6.1.1半徑R1的導體球,被與其同心的導體球殼包圍,球殼內外半徑為R2

、R3,若使導體球帶電Q1

、球殼帶電Q2,試求：

（1）導體球及球殼的電荷分布；

（2）該帶電系統(tǒng)V的分布；（1）導體球靜電平衡時，電荷Q1均勻分布在導體球表面。導體球殼靜電平衡時，其內表面均勻分布-Q1電荷，而外表面均勻分布電荷Q1+Q2；解：分析由靜電平衡條件可求電荷分布，電勢疊加原理得結果。也可先