【课件】电场中的导体

《电场中的导体》讲义一、什么是电场中的导体在我们深入探讨电场中的导体这一概念之前，让我们先从最基础的部分开始。

大家都知道，物质可以分为导体、绝缘体和半导体。

而导体，就是那些能够让电荷自由移动的材料，比如常见的金属，像铜、铝、铁等等。

当导体置于电场之中时，就会发生一系列有趣的现象。

简单来说，电场是由电荷产生的一种特殊的“环境”，它能够对放入其中的电荷施加力的作用。

而导体一旦进入这个“环境”，其内部的自由电荷就会在电场力的作用下发生定向移动。

二、导体在电场中的静电平衡当导体放入电场后，不会立刻达到稳定状态，而是需要经过一个过程，最终达到静电平衡。

在这个过程中，导体内部的自由电子会在电场力的作用下开始移动。

负电荷会朝着电场的反方向移动，而正电荷则会朝着电场的方向移动。

这种移动会导致导体两端出现电荷的聚集，进而在导体内部产生一个与外电场方向相反的电场。

随着电荷的不断移动和聚集，这个内部电场会不断增强。

直到内部电场的强度与外电场的强度相等时，导体内部的自由电子不再发生定向移动，此时导体就达到了静电平衡状态。

在静电平衡状态下，导体内部的电场强度处处为零。

这是一个非常重要的特点，它意味着导体内部没有电荷的定向移动，整个导体就如同一个等势体。

三、静电平衡时导体上的电荷分布当导体达到静电平衡时，其电荷的分布具有一定的规律。

首先，导体内部没有净电荷，所有的电荷都分布在导体的表面。

这是因为如果导体内部存在净电荷，那么就会打破静电平衡，导致电荷重新移动。

其次，在导体的表面，电荷的分布也不是均匀的。

曲率越大的地方，电荷的密度越大。

比如说，尖锐的地方电荷密度就比较大，而相对平滑的地方电荷密度就比较小。

这一规律在实际生活中有很多应用。

比如，避雷针就是利用了尖端放电的原理。

避雷针的尖端曲率很大，电荷密度高，能够更容易地将空气中的电荷引下来，从而保护建筑物免受雷击。

四、导体在电场中的屏蔽作用由于导体在静电平衡时内部电场强度为零，这就使得导体具有了屏蔽电场的作用。

第三节电场中的导体知识要点：1、金属导体的特征：由做热振动的正离子和在它们之间做无规则热运动的自由电子组成。

2、静电感应：金属导体在靠近某带电体时，金属导体里的自由电子受到带电体的作用而发生重新分布，使金属导体的两个端面出现等量的异种电荷，这种现象叫做静电感应。

由于静电感应而使导体两端出现的等到量异种电荷叫感应电荷。

3、静电感应产生的原因：将导体放入电场中，导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动，使导体两端分别出现等量异种电荷，故导体中的自由电荷受到电场力的作用是产生静电感应的原因。

4、静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。

5、导体处于静电平衡状态的特点：⑴导体内部的场强处处为零；⑵净电荷只分布在导体的外表面上，导体内部没有净电荷；⑶整个导体是一个等势体，导体表面是一个等势面。

说明：净电荷是指导体内正负电荷中和后所剩下的多余电荷。

6、在分析静电感应过程时应明确：⑴对金属导体，在电场力作用下发生定向移动的是自由电子而正离子并不定向移动；⑵由于电子定向移动在导体两端出现等量异种电荷，故感应电荷在导体中要产生附加电场；⑶导体达到静电平衡时，内部场强处处为零的本质为：外电场和感应电荷的电场的合电场为零。

7、静电屏蔽现象是指金属网罩内不受外界电场的影响。

如果把金属网罩接地还可以使网罩内的带电体对外界不发生影响。

说明：在静电屏蔽现象中，金属网罩可以使罩内不受外电场的影响，但并不是在网罩内没有外电场，而是金属罩上产生的感应电荷的电场与外电场抵消，从而使外电场不对网罩内产生影响。

典型例题例1一金属球，原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电···场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为E a、E b、E c， a b c M N 三者相比（）A E a最大；B E b最大；C E c最大；DE a=E b=E c。

大学物理《电磁学》PPT课件•电磁学基本概念与原理•静电场中的导体和电介质•恒定电流及其应用•磁场性质与描述方法•电磁感应原理及技术应用•电磁波传播特性及技术应用目录CONTENTS01电磁学基本概念与原理电场强度描述电场强弱的物理量，其大小与试探电荷所受电场力成正比，与试探电荷的电荷量成反比。

静电场由静止电荷产生的电场，其电场线不随时间变化。

电势与电势差电势是描述电场中某点电势能的物理量，电势差则是两点间电势的差值，反映了电场在这两点间的做功能力。

欧姆定律描述导体中电流、电压和电阻之间关系的定律。

恒定电流电流大小和方向均不随时间变化的电流。

静电场与恒定电流磁场磁感应强度磁性材料磁路与磁路定律磁场与磁性材料由运动电荷或电流产生的场，其对放入其中的磁体或电流有力的作用。

能够被磁场磁化并保留磁性的材料，分为永磁材料和软磁材料。

描述磁场强弱的物理量，其大小与试探电流所受磁场力成正比，与试探电流的电流强度和长度成反比。

磁路是磁性材料构成的磁通路径，磁路定律描述了磁路中磁通、磁阻和磁动势之间的关系。

描述变化的磁场产生感应电动势的定律。

法拉第电磁感应定律描述感应电流方向与原磁场变化关系的定律。

楞次定律描述磁场与变化电场之间关系的定律。

麦克斯韦-安培环路定律由变化的电场和磁场相互激发而产生的在空间中传播的电磁振荡。

电磁波电磁感应与电磁波麦克斯韦方程组及物理意义麦克斯韦方程组由四个基本方程构成的描述电磁场基本规律的方程组，包括高斯定理、高斯磁定理、法拉第电磁感应定律和麦克斯韦-安培环路定律。

物理意义麦克斯韦方程组揭示了电磁现象的统一性，预测了电磁波的存在，为电磁学的发展奠定了基础。

同时，该方程组在物理学、工程学等领域具有广泛的应用价值。

02静电场中的导体和电介质导体在静电场中的性质静电感应当导体置于外电场中时，导体内的自由电子受到电场力的作用，将重新分布，使得导体内部电场为零。

静电平衡当导体内部和表面的电荷分布不再随时间变化时，称导体达到了静电平衡状态。

第九章静电场中的导体和电介质一、导体的静电平衡1、金属导体的结构带负电的自由电子+带正电的晶格点阵特点（1）导体不带电，在不受外力场作用下，正负电荷中和，导体呈中性，自由电子作微观热运动，宏观上不表现出电荷运动（2）导体在外电场作用下，产生静电感应，最终达到静电平衡2、静电感应导体中的电子，在外电场作用下，将相对于晶格点阵作宏观运动，引起导体上电荷密度的重新分布3、静电平衡导体内部和表面都没有定向的宏观电荷移动oE E=0------++++++9-1 静电场中的导体二、静电平衡时导体中的电场特性1、导体内部的场强处处为零。

导体表面的场强垂直于导体的表面。

2、导体内部和导体表面处处电势相等，整个导体是个等势体。

导体表面是个等势面解释导体内没有电荷的宏观移动，导体内电子所受电场力必为零，则内部电场为零。

导体表面紧邻处的场强必定和导体表面垂直，否则场强沿表面的分量将使自由电子作表面的定向运动。

-----+++++++++++++++E= 0三、静电平衡态下导体的带电特性1、在静电平衡下，导体所带的电荷只能分布在导体的表面，导体内部没有净电荷。

（1）实心导体在静电平衡时的电荷分布S ∑⎰=⋅iSoq S d E ε1∑=⇒∴=00i q E导体内部没有净电荷，电荷只能分布在导体表面。

++++++++++++++++++++结论：（2）空心导体，空腔内无电荷E= 0S∑⎰=⋅iSoq S d E ε1∑=⇒∴=00i q E电荷分布在导体外表面，导体内部和内表面没净电荷（3）空心导体，空腔内有电荷q+q --------∑=⇒∴=00i q Eqq -='电荷分布在导体内外两个表面，内表面带电荷-q 。

E= 02、处于静电平衡的导体，其表面上各点的电荷密度与表面邻近处场强的大小成正比。

dSE高斯定理：odS EdS εσ=oE εσ=++++++++++++++++++++++++++++++RRRR R 3、静电平衡下的孤立导体，其表面处面电荷密度 与该表面曲率有关，曲率（1/R ）越大的地方电荷密度也越大，曲率越小的地方电荷密度也小。