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關(guān)于靜電平衡狀態(tài)把金屬導(dǎo)體放在外電場(chǎng)E0中,由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受電場(chǎng)力作用而定向移動(dòng),使導(dǎo)體表面出現(xiàn)感應(yīng)電荷的現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)。E0ABCD一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)1、靜電感應(yīng)第2頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天--------2.靜電平衡狀態(tài)---------1、導(dǎo)體中自由電荷在電場(chǎng)力作用下將發(fā)生定向移動(dòng).E'E'E'2、導(dǎo)體兩端出現(xiàn)感應(yīng)電荷,感應(yīng)電荷在導(dǎo)體中中產(chǎn)生反方向的附加場(chǎng).E0第3頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天---E'----3、感應(yīng)電荷的電場(chǎng)增到與外電場(chǎng)相等時(shí),導(dǎo)體內(nèi)合場(chǎng)強(qiáng)為零。自由電荷的定向移動(dòng)停止.-------E=04、靜電平衡狀態(tài):導(dǎo)體中無(wú)電荷定向移動(dòng)的狀態(tài),就叫靜電平衡狀態(tài).E0E0第4頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天
靜電平衡狀態(tài)
發(fā)生靜電感應(yīng)的導(dǎo)體,當(dāng)感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)E和原電場(chǎng)E0在導(dǎo)體內(nèi)疊加為零,即E′=E0時(shí),自由電子停止定向移動(dòng),這時(shí)導(dǎo)體所處的狀態(tài)叫靜電平衡狀態(tài)。E0+----+++E′E0---++++++---E合=0+--+第5頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天(1)導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零——靜電平衡條件(2)整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體,表面是一個(gè)等勢(shì)面(3)導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí),其表面任一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向跟該點(diǎn)表面垂直。++++++++--------E3、處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特點(diǎn):第6頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天導(dǎo)體發(fā)生了靜電感應(yīng)現(xiàn)象,感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)附加電場(chǎng)E′,跟外加電場(chǎng)E0反向,使自由電荷同時(shí)又受到F′=E′q的電場(chǎng)力,隨著導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電荷不斷積累,E′逐漸增大,當(dāng)E′=E0時(shí),導(dǎo)體內(nèi)合場(chǎng)強(qiáng)為零,自由電荷所受合力為零,這時(shí)導(dǎo)體中無(wú)自由電荷定向移動(dòng),即導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡狀態(tài).4、靜電平衡的實(shí)質(zhì)第7頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天例1:如圖所示接地金屬球A的半徑為R,球外點(diǎn)電荷的電量為Q,到球心的距離為r,該點(diǎn)電荷的電場(chǎng)在球心的場(chǎng)強(qiáng)等于多少?QRrA注意:E0、E′和E合的區(qū)別,E0由外電場(chǎng)決定,E′=E0,E合=0oE是點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場(chǎng)(即外電場(chǎng)),E′是感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)(附加場(chǎng)),E合是兩個(gè)電場(chǎng)疊加后的合電場(chǎng)第8頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天法拉第圓筒實(shí)驗(yàn):12用兩個(gè)帶有絕緣手柄的金屬小球分別接觸帶有電荷的金屬圓筒的內(nèi)壁和外壁.二、導(dǎo)體上電荷的分布第9頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天法拉第圓筒實(shí)驗(yàn):12和外壁接觸的小球使驗(yàn)電器箔片張開(kāi),表明金屬筒外壁有電荷分布.第10頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天法拉第圓筒實(shí)驗(yàn):12和內(nèi)壁接觸的小球不能使驗(yàn)電器箔片張開(kāi),表明金屬筒內(nèi)壁沒(méi)有電荷分布.第11頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布的特點(diǎn):(1)導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的外表面(2)在導(dǎo)體表面,越尖銳的位置,電荷密度(單位面積的電荷量)越大,凹陷的位置幾乎沒(méi)有電荷第12頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天一個(gè)孤立的帶電體,可視為導(dǎo)體處在自身所帶電荷的電場(chǎng)中,處于靜電平衡狀態(tài),具有靜電平衡的所有特點(diǎn).對(duì)孤立帶電導(dǎo)體的理解:第13頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天放電方式1、火花放電2、接地放電兩種放電方式:第14頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天尖端放電的原理是什么?導(dǎo)體尖銳部位的電荷特別密集,尖端附近的電場(chǎng)特別強(qiáng),會(huì)把空氣分子“撕裂”,使分子中的正負(fù)電荷分離,這種現(xiàn)象叫空氣的電離。尖端放電的原理有何應(yīng)用?中性的分子電離后變成帶負(fù)電的自由電子和帶正電的離子,這些帶電的粒子與導(dǎo)體尖端的電荷異號(hào)粒子,由于被吸引而奔向尖端,與尖端上的電荷中和,這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷。這個(gè)現(xiàn)象叫尖端放電。避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施三、尖端放電第15頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天------+++++++
思考:空心導(dǎo)體殼內(nèi)的驗(yàn)電器箔片會(huì)張開(kāi)嗎?靜電屏蔽:靜電平衡時(shí),空心導(dǎo)體殼可保護(hù)其內(nèi)部區(qū)域不受外電場(chǎng)影響的現(xiàn)象.不會(huì)因?yàn)閷?dǎo)體殼內(nèi)部合場(chǎng)強(qiáng)為零.四、靜電屏蔽第16頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天+思考:用金屬網(wǎng)罩將驗(yàn)電器罩住,會(huì)怎樣呢?
第17頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天+思考:用金屬網(wǎng)罩將驗(yàn)電器罩住,會(huì)怎樣呢?該現(xiàn)象表明金屬網(wǎng)罩也能起到靜電屏蔽作用.類(lèi)似事例:通訊電纜外包金屬層,電學(xué)儀器外套金屬罩.第18頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天思考:電力工作人員有時(shí)需要帶電作業(yè),怎樣才能保證他們的生命安全?全身穿戴金屬絲網(wǎng)制成的衣,帽,鞋,手套等。
第19頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天1.現(xiàn)象:一個(gè)金屬導(dǎo)體殼(網(wǎng)罩)能把殼外電場(chǎng)遮住,使殼內(nèi)部不受外電場(chǎng)影響,這種現(xiàn)象叫靜電屏蔽.2.原理:靜電屏蔽的原理是靜電感應(yīng)與靜電平衡.3.兩種情況(1)金屬殼內(nèi)部不受外部影響如圖甲所示,使帶電的金屬球靠近驗(yàn)電器,由于靜電感應(yīng),驗(yàn)電器的箔片張開(kāi),這表示驗(yàn)電器受到了外電場(chǎng)的影響.對(duì)靜電屏蔽的理解如果事先用金屬網(wǎng)罩把驗(yàn)電器罩住,如圖乙所示,驗(yàn)電器的箔片就不張開(kāi),即使把驗(yàn)電器和金屬網(wǎng)罩連接起來(lái),箔片也不張開(kāi).這表明金屬網(wǎng)罩能把外電場(chǎng)擋住,使罩內(nèi)不受外電場(chǎng)的影響.11111第20頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天如一封閉的導(dǎo)體殼內(nèi)部空間某點(diǎn)有一點(diǎn)電荷+q.由于靜電感應(yīng),導(dǎo)體殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷,其電場(chǎng)線如圖甲所示.當(dāng)把導(dǎo)體殼接地后,+q在殼內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)殼外空間就沒(méi)有影響了,如圖乙所示.(2)接地的封閉導(dǎo)體殼,內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)外部沒(méi)影響因?yàn)楫?dāng)把球殼接地后,殼外表面感應(yīng)的正電荷在靜電力作用下流入大地(實(shí)際是大地的電子在靜電力作用下通過(guò)接地的導(dǎo)線流到殼面上與殼外表面的正電荷中和),使球殼外表面沒(méi)有電荷,殼外空間就沒(méi)有電場(chǎng)了.這樣就出現(xiàn)了圖乙所示的情況.第21頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天AB例2:如圖所示,把原來(lái)不帶電的金屬球殼B的外表面接地,將一帶正電的小球A從小孔中放入球殼內(nèi),但不于B發(fā)生接觸,達(dá)到靜電平衡后,則:A、B的空腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零B、B不帶電C、B的內(nèi)外表面電勢(shì)相等D、B帶負(fù)電B的外部電場(chǎng)強(qiáng)度為零嗎?第22頁(yè),共24頁(yè),2024年2月25日,星期天1、帶電量分別為+Q和-Q的兩個(gè)點(diǎn)電荷相距為
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