高二物理競(jìng)賽：導(dǎo)體的靜電平衡條件課件

靜電場(chǎng)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(dòng)的電荷。只討論金屬導(dǎo)體自由電子晶體點(diǎn)陣和自由電子示意圖++++++++++++從物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)來(lái)看，金屬導(dǎo)體具有帶負(fù)電的自由電子和帶正電的晶體點(diǎn)陣。當(dāng)導(dǎo)體不帶電也不受外電場(chǎng)的作用時(shí)，兩種電荷在導(dǎo)體內(nèi)均勻分布，都沒(méi)有宏觀移動(dòng)，只有微觀的熱運(yùn)動(dòng)存在(見(jiàn)右圖)。電中性第四章靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體從物質(zhì)電結(jié)構(gòu)理論的觀點(diǎn)來(lái)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(lèi)，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(kāi)來(lái)，則這種物體稱(chēng)為導(dǎo)電體，簡(jiǎn)稱(chēng)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(chēng)為電介質(zhì)，又稱(chēng)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?chē)碾妶?chǎng)有什么關(guān)系，即介紹靜電場(chǎng)的一般規(guī)律在有導(dǎo)體存在的情況下的具體應(yīng)用?！舯菊禄疽螅豪斫忪o電場(chǎng)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(diǎn)：掌握靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)特征及各點(diǎn)電勢(shì)的計(jì)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(lái)看，金屬導(dǎo)體具有帶負(fù)電的自由電子和帶正電的晶體點(diǎn)陣。當(dāng)導(dǎo)體不帶電也不受外電場(chǎng)的作用時(shí)，兩種電荷在導(dǎo)體內(nèi)均勻分布，都沒(méi)有宏觀移動(dòng)，或者說(shuō)電荷并沒(méi)有作定向運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，只有微觀的熱運(yùn)動(dòng)存在(見(jiàn)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(fù)電荷和晶體點(diǎn)陣上的正電荷的數(shù)目是相等的，整個(gè)導(dǎo)體或其中任一部分都不顯現(xiàn)電性，而呈中性。晶體點(diǎn)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(chēng)為感生電荷。++++++++++++++++++++導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度外電場(chǎng)強(qiáng)度感生電荷電場(chǎng)強(qiáng)度靜電平衡將一塊不帶電的金屬導(dǎo)體放入靜電場(chǎng)中。導(dǎo)體內(nèi)帶負(fù)電的自由電子在電場(chǎng)力的作用下，將相對(duì)于晶體點(diǎn)陣逆著電場(chǎng)的方向作宏觀的定向運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)分布導(dǎo)體周?chē)碾妶?chǎng)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(méi)有電荷的定向移動(dòng)。2)靜電平衡條件：◆

導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都等于零；◆

導(dǎo)體表面緊鄰處的場(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)不為零，該點(diǎn)的自由電子就要在電場(chǎng)力作用下作定向運(yùn)動(dòng)，這就不是靜電平衡了。證明(2)：若導(dǎo)體表面緊鄰處的場(chǎng)強(qiáng)不垂直于導(dǎo)體表面，則場(chǎng)強(qiáng)將有沿表面的切向分量Et，使自由電子沿表面運(yùn)動(dòng)，整個(gè)導(dǎo)體仍無(wú)法維持靜電平衡。++++++導(dǎo)體是等勢(shì)體

導(dǎo)體表面是等勢(shì)面

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