2022-2023年高中物理竞赛 电场2.1 静电场中的导体 课件

这是一份2022-2023年高中物理竞赛 电场2.1 静电场中的导体 课件，共19页。PPT课件主要包含了小到可以忽略，2静电感应，二静电平衡，静电平衡状态，②场强大小，根据叠加原理有，单位面元所受的力为，右半球所受的力等内容，欢迎下载使用。

2、导体（金属导体）的特点
（1）金属导体中具有大量的自由电子.
如:导体B放入点电荷A产生的电场中,B中自由电子在电场作用下向左移动,结果B的左端带负电,右端带正电.
定义:导体B上的电荷在电场力作用下重新分布的这种现象称为静电感应.
定义:当导体中的自由电子不作宏观运动（没有电
流）时,就说导体处在静电平衡的状态.
注意:（1）导体的静电平衡状态是相对的,可以由于外部条件的变化而受到破坏,但在新的条件下又将达到新的平衡状态.如在孤立导体B附近放一带电体A（如图）.
（2）静电场中有导体存在时,电场的分布和电荷的分布相互影响、制约,必须满足一定的条件,导体才能达到静电平衡.
一个电中性的导体,在周围没有带电体时,它的内部及表面上净电荷的体密度为零,从而内部各点场强为零,这是一种最简单的静电平衡状态（如一个孤立的导体B）.
2、静电平衡的条件 P44
导体内部各点场强为零.
（1）此条件为充分必要条件
用电动力学中静电场边值问题的唯一性定理证明,这里略.
（3）此条件在电荷不受非静电力的情况下成立
如果有非静电力存在,为了达到静电平衡,导体内部某些点的场强恰恰不能为零,以便抵消非静电力的作用（由化学原因引起的"化学力",核子间作用力等都为非静电力）.
更恰当的表述:导体内部可移动的电荷所受的一切力的合力为零.
3、静电平衡时导体的性质 P45
（1）导体是等势体,表面是等势面.
在导体中取任意两点A、B,沿A、B作任一路径,沿此路径做场强积分得
而A、B是任意的点,所以导体处于静电平衡时,导体内部各点和表面各点的电势均相等,即导体为等势体,表面为等势面.
（2）导体内部没有电荷,电荷只能分布在表面上.
（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.
① 场强方向（表面附近的点）
由电场线与等势面垂直出发,可知导体表面附近点的场强与表面垂直.
可见:导体表面附近的场强与表面上对应点的电荷面密度成正比,且无论场和电荷分布怎样变化,这个关系始终成立.
④ 一般不谈导体表面上的点的场强
电磁学中的点、面均为一种物理模型,有了面模型这一概念,场强在带电面上有突变（P24小字）,如果不用面模型,突变就会消失.但不用面模型,讨论问题又太复杂,所以只谈"表面附近"而不谈表面上.
三 带电导体所受的静电力
（2）对于图中的P′点
例1(补充):习题2.1.1(不讲)
解:利用上面的结果,球面上某面元所受的力
利用对称性知,带有同号电荷的球面所受的力是沿x轴方向.
四 孤立导体形状对电荷分布的影响
前面给出了导体表面附近点的电荷密度和附近点场强的对应关系,它并不能告诉我们在导体表面上电荷究竟是怎样分布的.定量地研究这一问题比较复杂.下面作定性的说明.
1、电荷在导体表面的分布不仅与其自身形状有关,而且与外界条件也都有关.
一个球形的带电导体,由球面的对称性知,电荷在球面上应均匀分布
2、对孤立导体,电荷分布有如下定性规律
在孤立导体表面,向外突出的地方（曲率为正且较大）,电荷较密,表面比较平坦的地方,电荷较疏,向里凹陷的地方（曲率为负）电荷最疏.
尖端处E大,平坦处次之,凹陷的地方E最小.
图2-5给出了由实验测得的尖端导体的等势面、电场线及电荷分布图.
（1）电荷分布的定性规律,可以很好地解释尖端放电现象.
由于尖端附近场强大,空气中的带电离子在强电场作用下剧烈运动,离子在运动中与空气分子发生碰撞,使空气分子电离,产生大量新离子,该处空气成为导体.同时,离子与空气分子碰撞时,使空气分子处于激发状态而产生光辐射,此即尖端放电现象.
（2）电荷分布的定性规律说明:尖端处,电荷面密
度大,但这不是一个绝对的结论,也有例外的情形.
五 导体静电平衡问题的讨论方法
场的性质:由高斯定理、环路定理决定
2、有导体存在时的静电场,出现静电感应现象,最后达到静电平衡.
如P49小字部分.（两个相距很近的球形导体,曲率半径相同但电荷非均匀分布,这是一例外情形）
静电场的性质 + （结合）静电平衡的性质 = 讨论静电场中的导体（讨论方法）
例题4:例题5:例题6: P51-53 为小字部分,选看一下.
例题1:例题2:例题3: P50-52 自学
六 平行板导体组例题
例2（补充）:证明:对于两个无限大带电平板导体来说:（1）相向的两面上,电荷面密度总是大小相等符号相反;（2）相背的两面上,电荷面密度总是大小相等符号相同.
（2）在导体内任取一点P（任意的）