技術(shù)物理下冊(cè)（第三版）7-5 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體學(xué)習(xí)課件

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靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體靜電平衡靜電屏蔽靜電感應(yīng)現(xiàn)象與思考現(xiàn)象與思考1.在高壓輸電線的周圍存在著極強(qiáng)的電場(chǎng)，當(dāng)人體與它接近到一定距離時(shí)，很容易發(fā)生觸電事故，甚至瞬間即可失去生命。2.可是，在高壓輸電線路和設(shè)備的維護(hù)與檢修工作中，工作人員只要穿上由金屬絲編成的工作服，在不停電的情況下，就可以自由安全地操作。3.通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，可以幫助你破解其中的奧秘。一、靜電平衡1.導(dǎo)體中靜電平衡原理（1）金屬中電子帶的負(fù)電荷和原子核帶的正電荷，通常情況下其電荷量的絕對(duì)值是相等的，因而金屬導(dǎo)體呈電中性。（2）在外電場(chǎng)E0的作用下，金屬中的自由電子會(huì)逆電場(chǎng)方向做定向移動(dòng)，導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號(hào)電荷，在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生與E0方向相反的附加電場(chǎng)E′。（4）當(dāng)E′=E0時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)和電場(chǎng)E=E0-E′=0，電荷定向運(yùn)動(dòng)停止了，導(dǎo)體兩端電荷量不再變化。（3）在最初一段時(shí)間，E′<E0，E對(duì)電荷定向移動(dòng)的阻力還比較小，隨著導(dǎo)體兩端的電荷不斷增加，E′也在增大，E′對(duì)電荷定向移動(dòng)的阻力越來(lái)越大。2.靜電平衡狀態(tài)（1）定義

導(dǎo)體上沒有自由電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)稱為靜電平衡狀態(tài)。（2）條件

導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)必須滿足①導(dǎo)體內(nèi)部任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零；②導(dǎo)體表面各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向和導(dǎo)體表面垂直。（3）特點(diǎn)

①在靜電平衡的導(dǎo)體上移動(dòng)電荷時(shí)電場(chǎng)力不做功。

②導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)間電勢(shì)差必然為零。導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)題，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面。（4）應(yīng)用

地球是一個(gè)在靜電平衡狀態(tài)下的大導(dǎo)體，與地球相連的導(dǎo)體都是等勢(shì)體。在實(shí)際工作中，常取與地球相連的導(dǎo)體電勢(shì)為零。根據(jù)這一道理，一些電氣設(shè)備及家用電器都有接地裝置，可以避免觸電事故，同時(shí)也容易測(cè)量各點(diǎn)的電勢(shì)，及時(shí)了解電氣設(shè)備工作狀態(tài)是否正常。（5）帶電導(dǎo)體電荷的分布

導(dǎo)體表面上的電荷分布情況，不僅與導(dǎo)體表面形狀有關(guān)，還和它周圍存在的其他帶電體有關(guān)。導(dǎo)體上電荷密度的大小與該處表面的曲率有關(guān)。曲率較小，表面比較平坦部分，電荷面密度較小曲率較大，表面尖而凸出部分，電荷面密度較大曲率為負(fù)，表面凹進(jìn)去的部分，電荷面密度最小

這些部位電場(chǎng)極強(qiáng)，容易使周圍空氣電離，在電場(chǎng)力作用下，帶異號(hào)電荷的離子會(huì)趨向尖端導(dǎo)體，與其上面的電荷中和，而與導(dǎo)體上電荷同號(hào)的離子會(huì)背離尖端導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為尖端放電。尖端放電實(shí)驗(yàn)視頻尖端放電的應(yīng)用——避雷針雷電發(fā)生的時(shí)間只有幾十微妙（1μs=10-6s）放電電流卻有幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)安培。受雷擊的樹木、建筑物會(huì)起火，受雷擊的人會(huì)被燒焦。雷電大多發(fā)生在高大建筑物和高出地面的山丘、地下有金屬礦床處，這些地方要通過(guò)安裝避雷針加以保護(hù)。如圖7.5-1所示。圖中A是尖端導(dǎo)體（接閃器），B是較粗的金屬導(dǎo)體（引下線），C是埋在地下的金屬板（接地體）。A、B、C焊成一體。在有雷雨接近地面時(shí)，通過(guò)避雷針的尖端放電，把電荷引至地下，保護(hù)了建筑物。圖7.5-避雷針

家用燃?xì)庠?、燃?xì)鉄崴鞯狞c(diǎn)火就是用壓電陶瓷尖端放電完成的。

在另一些實(shí)際工作中要避免尖端放電現(xiàn)象的發(fā)生，因此高壓電器設(shè)備采用球型接頭，高壓輸電線表面必須光滑。二、靜電感應(yīng)將金屬導(dǎo)體放入電場(chǎng)中時(shí)，金屬的自由電子在電場(chǎng)力作用下，會(huì)逆著外電場(chǎng)的地方定向移動(dòng)，導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號(hào)電荷，這種現(xiàn)象稱為靜電感應(yīng)，如圖7.5-5所示。靜電感應(yīng)是使物體帶電的方法之一。圖7.5-5靜電感應(yīng)三、靜電屏蔽

將帶正電的金屬球放到驗(yàn)電器附近，驗(yàn)電器的金屬箔片張開一定的角度，觀看視頻，說(shuō)明帶電金屬球的靜電感應(yīng)使金屬箔片帶電了。1.實(shí)驗(yàn)帶電金屬球的靜電感應(yīng)使金屬箔片帶電(視頻)

若將驗(yàn)電器放入金屬絲網(wǎng)罩（相當(dāng)于金屬空腔）內(nèi)，再將帶電金屬球移近時(shí)，箔片不再?gòu)堥_，觀看視頻，說(shuō)明感應(yīng)電荷分布在金屬網(wǎng)的外表面，帶電金屬球的電場(chǎng)對(duì)金屬網(wǎng)內(nèi)沒有影響，如視頻7.5-2靜電屏蔽原理。靜電屏蔽視頻若把帶電金屬球放入金屬網(wǎng)內(nèi)，其附近驗(yàn)電器箔片會(huì)張開一定角度,如圖7.5-6（a），說(shuō)明網(wǎng)罩內(nèi)電場(chǎng)對(duì)外部有影響。圖7.5-6（a)靜電屏蔽原理將金屬網(wǎng)罩接地，箔片再次閉合圖7.5-6（b），說(shuō)明帶電金屬球的電場(chǎng)只存在于接地金屬網(wǎng)內(nèi)，對(duì)外界無(wú)影響。圖7.5-6（b）靜電屏蔽原理

一個(gè)接地的空腔導(dǎo)體可以隔離內(nèi)外靜電場(chǎng)的影響。這就是靜電屏蔽現(xiàn)象。2.定義3.應(yīng)用

實(shí)際工作中，校測(cè)電子儀器的屏蔽室、通信電纜外面包圍的一層金屬網(wǎng)、電子儀器某些元件的金屬罩、高壓電器設(shè)備外圍的金屬柵網(wǎng)都是靜電屏蔽的應(yīng)用。練習(xí)1.導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，其內(nèi)部任何一點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度___