高二物理競賽：導(dǎo)體的靜電平衡條件課件

靜電場中的導(dǎo)體第四章1導(dǎo)體的靜電平衡條件一.金屬導(dǎo)體的電結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)體能夠很好地導(dǎo)電，乃是由于導(dǎo)體中存在著大量可以自由移動的電荷。只討論金屬導(dǎo)體自由電子晶體點陣和自由電子示意圖++++++++++++從物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)來看，金屬導(dǎo)體具有帶負電的自由電子和帶正電的晶體點陣。當(dāng)導(dǎo)體不帶電也不受外電場的作用時，兩種電荷在導(dǎo)體內(nèi)均勻分布，都沒有宏觀移動，只有微觀的熱運動存在(見右圖)。電中性第四章靜電場中的導(dǎo)體從物質(zhì)電結(jié)構(gòu)理論的觀點來看，任何物體都亦可能帶電。按導(dǎo)電性能的不同，物體可分為三類，即1)導(dǎo)體：當(dāng)物體的某部分帶電后，如果能夠把所帶的電荷迅速地向其他部分傳布開來，則這種物體稱為導(dǎo)電體，簡稱導(dǎo)體。各種金屬，堿、酸或鹽的溶液即化學(xué)上的電解質(zhì)，人體，地球等。引言2)電介質(zhì)(絕緣體)：如果物體某部分帶電后，其電荷只能停留在該部分，而不能顯著地向其他部分傳布，這種不導(dǎo)電的物體稱為電介質(zhì)，又稱絕緣體。如：玻璃、石蠟、硬橡膠、塑料、松香、絲綢、瓷器、純水、干燥空氣等都是電介質(zhì)。由于電介質(zhì)很難導(dǎo)電，所以它容易帶電。3)

半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于它們導(dǎo)體和絕緣體兩者之間的物質(zhì)，叫半導(dǎo)體?！舯菊轮饕獌?nèi)容：討論導(dǎo)體帶電和它周圍的電場有什么關(guān)系，即介紹靜電場的一般規(guī)律在有導(dǎo)體存在的情況下的具體應(yīng)用。◆本章基本要求：理解靜電場中導(dǎo)體的靜電平衡條件，導(dǎo)體表面電荷的分布情況和靜電屏蔽原理◆本章難點：掌握靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場特征及各點電勢的計算，能分析導(dǎo)體上的電荷分布情況。從物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)來看，金屬導(dǎo)體具有帶負電的自由電子和帶正電的晶體點陣。當(dāng)導(dǎo)體不帶電也不受外電場的作用時，兩種電荷在導(dǎo)體內(nèi)均勻分布，都沒有宏觀移動，或者說電荷并沒有作定向運動。這時，只有微觀的熱運動存在(見右圖)。因此，在導(dǎo)體中任意劃取的微小體積元內(nèi)，自由電子的負電荷和晶體點陣上的正電荷的數(shù)目是相等的，整個導(dǎo)體或其中任一部分都不顯現(xiàn)電性，而呈中性。晶體點陣和自由電子示意圖++++++++++++二.靜電感應(yīng)靜電平衡條件+++++++++感生電荷1.靜電感應(yīng)現(xiàn)象導(dǎo)體上因靜電感應(yīng)而出現(xiàn)的電荷，稱為感生電荷。++++++++++++++++++++導(dǎo)體內(nèi)電場強度外電場強度感生電荷電場強度靜電平衡將一塊不帶電的金屬導(dǎo)體放入靜電場中。導(dǎo)體內(nèi)帶負電的自由電子在電場力的作用下，將相對于晶體點陣逆著電場的方向作宏觀的定向運動，從而改變導(dǎo)體上的電荷分布。電荷分布的改變導(dǎo)體內(nèi)部的電場分布導(dǎo)體周圍的電場分布改變靜電平衡狀態(tài)1)導(dǎo)體的靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體內(nèi)部和表面都沒有電荷的定向移動。2)靜電平衡條件：◆

導(dǎo)體內(nèi)部任何一點的場強都等于零；◆

導(dǎo)體表面緊鄰處的場強必定和導(dǎo)體表面垂直。表面2.

靜電平衡條件證明(1)：如果導(dǎo)體內(nèi)部有一點場強不為零，該點的自由電子就要在電場力作用下作定向運動，這就不是靜電平衡了。證明(2)：若導(dǎo)體表面緊鄰處的場強不垂直于導(dǎo)體表面，則場強將有沿表面的切向分量Et，使自由電子沿表面運動，整個導(dǎo)體仍無法維持靜電平衡。++++++導(dǎo)體是等勢體

導(dǎo)體表面是等勢面

導(dǎo)體內(nèi)部電勢相等3)推論：處于靜電平衡的導(dǎo)體是等勢體當(dāng)電勢不同的導(dǎo)體相互接觸或用另一導(dǎo)體（例如導(dǎo)線）連