导体处于静电平衡状态共37页

静电平衡1、静电平衡状态（1）静电平衡状态的定义：处于静电场中的导体，当导体内部的自由电荷不再发生定向移动时，我们说导体达到了静电平衡状态。

（2）静电平衡状态出现的原因是：导体在外电场的作用下，两端出现感应电荷，感应电荷产生的电场和外电场共同的作用效果，使得导体内部的自由电荷不再定向移动。

（导体内部自由电荷杂乱无章的热运动仍然存在着）2、静电平衡状态的特点特点一：处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。

导体内部的场强E是外电场E0和感应电荷产生的场E/的叠加，即E是E0 和E/ 的矢量和。

当导体处于静电平衡状态时，必定有感应电荷的场与外电场大小相等、方向相反，即：E0 =－E/ 。

特点二：处于静电平衡状态的导体，其表面上任何一点的电场强度方向与导体表面垂直。

如果导体表面的场强不与导体表面垂直，必定存在着一个切向分量，这个切向分量就会使得导体表面的自由电荷沿着表面切线方向运动，那么，导体所处的状态就不是平衡状态，与给定的平衡状态相矛盾，所以导体表面的场强方向一定与导体表面垂直。

如图所示：由于导体达到静电平衡时导体内部场强处处为0，所以在导体内部移动电荷时，电荷不受电场力作用，没有电场力对电荷做功。

在导体表面移动电荷，电荷受到垂直于导体表面的电场力作用，但电场力与电荷移动方向垂直，电场力还是不做功。

根据。

特点三：达到静电平衡状态下的导体是一个等势体，导体表面是一个等势面。

由上面的思考题知道，无论是在导体内部还是在导体的表面上或者是由导体的内部到表面上移动电荷，电场力都不做功，这就说明了导体上任何两处电势差为零，即整个导体处处等势。

特点四：静电平衡状态导体上的电荷分布特点：（1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面（2）导体表面越尖锐的地方电荷密度越大，凹陷的地方几乎没有电荷。

如图1所示，用带有绝缘柄的金属球e接触带电圆筒C的外壁时，能够使得验电器A的箔片张开；而金属球e接触带电圆筒C的内壁时，验电器的箔片不张开，如图2所示。

，导体处于静电平衡状态。

静电平衡是指导体表面没有任何净电荷分布的状态。

当导体处于静电平衡状态时，它的内部和外部电场都为零，电荷分布呈现均匀分布。

导体的静电平衡是由两个基本原理保证的：库仑力相互作用和电场内部的电势相等。

首先，库仑力相互作用保证了导体表面没有净电荷分布。

根据库仑定律，电荷之间的相互作用力与它们之间的距离成反比。

当导体表面存在净电荷分布时，电荷之间会发生相互排斥或吸引的力，导致电荷分布不再均匀。

但是，当导体表面没有净电荷时，电荷之间的相互作用力相互抵消，使得导体处于稳定平衡状态。

其次，导体内部和外部的电势相等是静电平衡的一个重要条件。

电势是描述电场能量的物理量，当导体处于静电平衡时，内部和外部的电势相等意味着导体内部和外部的电场强度相等。

如果这个条件不满足，电荷会在导体内部或外部重新分布，直到电势平衡。

需要注意的是，导体处于静电平衡并不意味着导体内部没有电荷，而是说导体表面没有净电荷分布。

在静电平衡状态下，导体内部的电荷可以是自由电子或正离子，但它们的分布是均匀的，不会产生宏观的
电场效应。

总之，导体处于静电平衡状态时，它的内部和外部电场都为零，电荷分布均匀。

这种状态是由库仑力相互作用和导体内部外部电势相等保证的，使得导体表面没有净电荷分布。

静电平衡是电荷分布的一种稳定状态，可以在很多实际应用中得到利用，比如电容器和静电屏蔽等。

复习一、导体的静电平衡带电体系中的电荷静止不动，电场的分布不随时间而改变的状态，称为静电平衡状态。

导体的静电平衡的必要条件就是其体内的场强处处为零。

二、导体静电平衡性质：1、导体是个等位体，导体表面是个等位面。

2、导体内部没有净电荷，电荷只能分布在导体表面。

3、在导体外，紧靠导体表面的点的场强方向与导体表面垂直，场强大小与导体表面对应点的电荷面密度成正比。

E n 0三封闭导体壳内外的场1、空腔内无带电体：不论壳外带电体情况如何，在静电平衡状态下，导体壳的内表面上处处电荷为零，电荷只能分布在外表面上，空腔内各点场强为零，或者空腔内的电位处处相等。

2、空腔内有带电体：导体壳腔内有其它带电体时，在静电平衡状态下，导体壳的内表面所带电荷与腔内电荷的代数和为零，壳外电荷对壳内电场无影响。

3、壳外空间有带电体：当壳外空间有带电体时，接地壳外表面仍然可能有电荷存在。

结论：封闭导体壳（不论接地与否）内部电场不受壳外电荷的影响，这称为外屏蔽；接地封闭导体外部电场不受壳内电荷的影响，称之全屏蔽。

新授：§6 带电体系的静电能一、带电体系的静电能静电能是属于带电体系，静电能本身的数值是相对的，要讨论一个带电体系所包含的全部静电能有多少，必须说明相对与何种状态而言。

设想带电体系中的电荷可以无限分割为许多小部分，这些部分最初都分散在彼此相距很远（无限远）的位置上。

通常规定，处于这种状态下的静电能为0。

设带电体系由若干个带电体组成，带电体系总的静电能由若各个带电体之间的相互作用能和每个带电体的自能组成。

即：W W W e 互自a把每一个带电体上的各部分电荷从无限分散的状态聚集成现在的状态，外力抵抗静电力所作的功，等于这个带电体的自能。

b把每一个带电体看作一个不可分割的整体，将各个带电体从无限远移到现在的位置，外力抵抗静电力所作的功，等于它们之间的相互作用能。

q1 q2 点电荷系的相互作用能：1 r 2 （1）两个点电荷的情况令q1不动，q2 处于q1 的电场中，使q2从图中2点移至无限远：P2 P2 W F 12 d l q 2 E 1 d l q 2U 2 12 U 12式中，为电荷q1 产生的电场在图中2点的电位。

孤立的导体处于静电平衡孤立的导体处于静电平衡，听上去有点复杂，其实就像是我们生活中的小故事。

想象一下，一个导体就像一个聚会上的明星，周围的人都想跟它搭话。

可这个导体可不急，静静地待在一边，不发一言，似乎在享受这种宁静。

这个时候，大家的注意力都集中在它身上，心中各种电荷就开始悄悄地运作。

正负电荷就像人群中的男女，互相吸引又互相排斥。

每当电荷们在导体表面分布时，它们都在默默地调整自己，形成一种完美的平衡状态。

你知道吗？在这个静电平衡的时刻，导体内部的电场强度其实是零，就像一个安静的沙滩，没有一点波浪。

这种状态就像是你在家里，看着窗外的雨，心中一片宁静。

这个时候，无论外界的电场多么强大，导体内部的电荷都不会被影响，它们就像一群坚持己见的老顽固，绝不改变立场。

真是有趣啊！电荷们就像一个小团体，谁也不想被外部的干扰所左右，形成了自己独特的气候。

再说说表面电荷的分布，这就像是一场盛大的化妆舞会。

导体的表面就像是舞会的舞池，电荷们在这里尽情展示自己的舞姿。

正电荷们热情洋溢，排着队想要走到阳光下，而负电荷们则显得有些害羞，依偎在一起不太敢出来。

它们在导体表面不断调整位置，力求达到一种最佳状态，形成一种优雅的和谐。

你能想象吗？每当外面的电场发生变化，电荷们就会迅速调整自己的位置，就像舞者们在音乐节拍中不断换位，简直是美妙绝伦。

孤立导体的静电平衡不仅仅是物理学上的定律，更是一种哲学。

生活中，我们常常需要找到自己的平衡，无论是工作与生活，还是人与人之间的关系。

就像导体在外界电场的影响下，依然能保持自己的状态，我们也能在复杂的环境中保持内心的宁静。

找到那个舒适的点，生活才会更加美好。

这种感觉，真是妙不可言。

说到这，你可能会想，既然导体那么神奇，它们是怎么达到这种平衡的呢？其实就像是我们生活中的一些小诀窍。

要想在繁忙的生活中保持静电平衡，首先得了解自己，认清楚内心的需求和愿望。

然后，就要学会如何管理外部的干扰。

生活中的压力就像那些外来的电场，随时都可能影响你的情绪。

静电平衡下的导体作者：蔡灵之来源：《知识窗·教师版》2011年第12期静电现象是指放在电场中的导体达到静电平衡的现象，其特点有导体内部场强处处为零，导体为等势体，导体表面为等势面；导体表面的场强与导体表面垂直；导体内部没有净电荷。

笔者从以下两方面来说明静电平衡的现象，希望对学生的理解有所启发。

一、要紧紧抓住电场强度的概念，弄清静电平衡的基本原理金属原子的最外层电子受到原子核的吸引力便十分微弱，在一块金属中，某原子的最外层电子在其余原子的作用下，会很容易脱离原来的原子，而在整块金属中游荡，成为自由电子。

剩余部分叫金属阳离子，它只能在自身的平衡位置附近做无规则的振动。

整块金属呈电中性。

当把呈电中性的金属导体放入电场强度为E0的静电场中时，导体中的自由电子受到与电场E0方向相反的电场力F=eE0的作用，除了做无规则的热运动外，还要向电场E0的反方向做定向移动。

如图1中的甲图所示，自由电子在导体的AB面集结，使AB面出现负电荷，而相对的CD面出现“过剩”的等量正电荷，如图1中的乙图所示。

此时两侧面出现的正、负电荷在导体内部产生的电场E′（图中E′用黑虚线箭头表示）与E0反向，此时自由电子又受到电场力F′=eE′的作用，F与F′方向相反，当E′=E0时，导体内合场强E=0，自由电子受到的合力也为零，这时导体中无电荷定向移动，如图1中丙图所示，从而得到处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零的结论，在导体内部移动电荷不做功，此时导体也是等势体。

二、通过适当练习，提高分析问题的能力要通过适当的变式练习，使学生从多个侧面加深对导体中的电场处处为零的理解，并能举一反三地解决问题。

为此，笔者设计了如下程序题组，来加深学生对静电平衡下导体的理解。

例1．如图2所示，在孤立点电荷+Q的电场中，金属圆盘A处于静电平衡状态，若金属圆盘平面与点电荷在同一平面内，试在圆盘作出由盘上感应电荷形成的附加电场的三条电场线（用实线表示，要求严格作图）。

导体的静电平衡状态导体的静电平衡状态是指导体表面的电荷分布达到稳定状态，没有电荷积累或流动的现象。

在这种状态下，导体内部和表面的电荷分布呈现均衡态，不会产生电场和电荷的运动。

导体的静电平衡状态与导体内部的电场分布密切相关。

在导体内部，电荷呈现均匀分布，不存在电场强度差异。

这是因为导体内部的自由电子可以自由移动，当外界电场作用于导体时，自由电子会在导体内部移动，直到电场强度达到均匀分布。

由于自由电子的高度流动性，导体内部的电场分布很快达到平衡状态。

导体表面的电荷分布也是导体静电平衡状态的重要表现。

在静电平衡状态下，导体表面的电荷分布均匀且密度相等，且导体表面的电场强度处处为零。

这是因为不同电荷之间会相互排斥，电荷会在导体表面尽可能均匀地分布，以减小电荷排斥的力。

导体的静电平衡状态还与导体形状和周围环境有关。

对于封闭的导体，其静电平衡状态下，内部没有净电荷，即正电荷和负电荷的总量相等。

而对于开放的导体，其静电平衡状态下，导体表面可以存在净电荷，但净电荷主要分布在导体表面的尖端或曲率较大的区域。

这是因为在这些地方，电场强度较大，电荷更容易积累。

导体的静电平衡状态对于电场分布和电荷分布的研究具有重要意义。

通过研究导体的静电平衡状态，可以了解导体内部和表面的电场分布规律，进而应用于电场设计和电荷分布控制。

此外，导体的静电平衡状态也与静电屏蔽、电场调制等领域有密切关系。

在实际应用中，导体的静电平衡状态常常需要注意维持。

一方面，外界电场的干扰会破坏导体的静电平衡状态，导致电荷分布不均匀，产生电场和电荷的运动。

因此，在需要保持静电平衡的环境中，可以采取屏蔽措施，如金属屏蔽罩、金属接地等，减小外界电场对导体的影响。

另一方面，导体表面的污染、湿度等因素也会影响导体的静电平衡状态。

在一些特殊应用中，需要对导体表面进行清洁处理，以确保静电平衡状态的稳定性。

导体的静电平衡状态是导体内部和表面的电荷分布达到稳定状态的情况。

孤立的带电导体处于静电平衡状态静电平衡是指带电体内部和外部的电荷分布达到稳定状态，即电荷不再发生移动和重新分布的状态。

当一个带电导体处于孤立的状态时，即它与其他带电或无电荷的物体没有接触，那么它将会迅速达到静电平衡。

在孤立的带电导体中，电荷分布是均匀的，即处于平衡状态。

这是因为在静电平衡时，电荷会尽可能地分布在导体的表面上，使得电场内部为零。

这样的分布可以使导体内部的电势相等，从而保持平衡。

具体来说，带电体的电荷会在导体表面上集中，而不会在导体内部聚集。

为了更好地理解孤立的带电导体处于静电平衡状态，我们可以从导体的电荷分布、电场和电势三个方面进行分析。

导体的电荷分布是均匀的。

这是因为在静电平衡时，带电体的电荷会在导体表面上均匀分布。

这是因为电荷之间相互排斥，会尽可能地远离彼此，使得电场内部为零。

如果电荷不均匀地分布在导体上，那么电场内部就不为零，导体将会受到电场力的作用，电荷将会重新分布，直到达到均匀分布的平衡状态。

导体的内部电场为零。

在静电平衡时，导体内部的电场是零，即导体内部没有电势差。

这是因为电荷在导体内部会受到导体自身的电势作用，使得电荷无法在导体内部移动。

如果导体内部存在电场，那么电荷将会受到电场力的作用，导致电荷重新分布，直到电场内部为零。

导体的表面具有等势性。

在静电平衡时，导体表面上的每一点具有相同的电势。

这是因为如果导体表面上存在电势差，电荷将会在导体表面上移动，直到电势相等为止。

导体表面上的电势相等可以使导体处于稳定状态，不受外界电场的干扰。

当一个带电导体处于孤立的状态时，它会迅速达到静电平衡状态。

在静电平衡状态下，导体内部和外部的电荷分布达到稳定，导体内部的电场为零，导体表面具有等势性。

这种状态的实现依赖于电荷的排斥和导体自身的电势作用。

静电平衡是电荷分布达到稳定状态的结果，也是电场内部为零的体现。

在实际应用中，静电平衡对于电场的分析和电荷的稳定分布具有重要意义。