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1、电场中的导体静电屏蔽本讲稿第一页，共二十四页电场中的导体电场中的导体1 1、静电感应：、静电感应：将不带电的导体将不带电的导体ABCDABCD放到场强为放到场强为E E的电的电场中，导体内的自由电子受到电场力作用，场中，导体内的自由电子受到电场力作用，将向着场强相反方向运动，在导体将向着场强相反方向运动，在导体ABAB、CDCD面上将出现负、正电荷。如图所示，我们面上将出现负、正电荷。如图所示，我们把导体仙自由电子在外电场作用下重新分把导体仙自由电子在外电场作用下重新分布的现象叫静电感应现象。布的现象叫静电感应现象。(演示演示1)1)本讲稿第二页，共二十四页2 2、静电感应过程分析、静电感应过
2、程分析 由于导体由于导体ABAB面和面和CDCD面上再现了负、正电面上再现了负、正电荷，使得导体内部形成了感应电荷的电场荷，使得导体内部形成了感应电荷的电场E E（如图丙中虚线所示）。这个电场方向与（如图丙中虚线所示）。这个电场方向与外电场外电场E0E0的方向相反，叠加后使导体内电场减的方向相反，叠加后使导体内电场减弱，直至导体内部合场强弱，直至导体内部合场强E E0 0，导体内的自由，导体内的自由电荷不再做定向移动（如图丁所示）电荷不再做定向移动（如图丁所示）(演示演示2)2)本讲稿第三页，共二十四页3 3、静电平衡状态：、静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向移导体中（包括表面）没有
3、电荷定向移动的状态，叫做静电平衡状态。动的状态，叫做静电平衡状态。4 4、静电平衡的条件：、静电平衡的条件：导体处于静电平衡时，内部场强处处导体处于静电平衡时，内部场强处处为零。导体表面场强不为零，表面场强为零。导体表面场强不为零，表面场强与表面垂直。与表面垂直。本讲稿第四页，共二十四页5 5、静电平衡导体上的电荷分布：、静电平衡导体上的电荷分布：法拉第圆筒实验：法拉第圆筒实验：(演示演示1)1)(演示演示2)2)(演示演示3)3)(演演示示4)4)(演示演示5)5)实验结论：实验结论：处于静电平衡状态的带电导体，处于静电平衡状态的带电导体，电荷分布在导体外表面上。电荷分布在导体外表面上。外部
4、的实质是导体突起的部分。外部的实质是导体突起的部分。内部的实质是导体凹进部分。内部的实质是导体凹进部分。本讲稿第五页，共二十四页6 6、静电屏蔽：、静电屏蔽：处于静电平衡导体，内处于静电平衡导体，内部场强处处为零。将实习导体部场强处处为零。将实习导体挖空变为球壳，壳内场强处处挖空变为球壳，壳内场强处处为零。这样导体壳可以保护它为零。这样导体壳可以保护它包围的区域不受外部电场的影包围的区域不受外部电场的影响，这种现象叫静电屏蔽。空响，这种现象叫静电屏蔽。空腔导体或金属网罩腔导体或金属网罩(无论接地无论接地否否)可以把外部电场遮住，其可以把外部电场遮住，其内部不受外电场影响，接地的内部不受外电场影
5、响，接地的空腔导体或金属还可以使外部空腔导体或金属还可以使外部不受内部带电体电场的影响，不受内部带电体电场的影响，这种屏蔽叫做内外屏蔽。这种屏蔽叫做内外屏蔽。本讲稿第六页，共二十四页静电屏蔽的重要应用：静电屏蔽的重要应用：电学仪器和电子设备外部均有金属网罩，电学仪器和电子设备外部均有金属网罩，通讯电缆外面包一层铅皮，或有一层金属通讯电缆外面包一层铅皮，或有一层金属网线均可防止外电场的干扰。网线均可防止外电场的干扰。电力工人高压带电作业时，全身穿戴金属电力工人高压带电作业时，全身穿戴金属网制成的衣帽、手套、鞋子可以对人起到网制成的衣帽、手套、鞋子可以对人起到电屏蔽作用，使工人安全作业。电屏蔽作用
6、，使工人安全作业。(演示演示1)1)本讲稿第七页，共二十四页练习：练习：1 1、如图，在真空中把绝缘导体向带负电的小、如图，在真空中把绝缘导体向带负电的小球缓慢地靠近球缓慢地靠近(不相碰不相碰)，则下列选项中正，则下列选项中正确的是：确的是：A A、B B端的感应电荷越来越多端的感应电荷越来越多B B、导体内的场强越来越大、导体内的场强越来越大C C、感应电荷在、感应电荷在M M点产生的场强大于点产生的场强大于N N点产生的场强。点产生的场强。D D、感应电荷在、感应电荷在M M点产生的场强和在点产生的场强和在N N点产生的场强相点产生的场强相等等。答案：答案：ACAC本讲稿第八页，共二十四页
7、2 2、如图，把一个带正电的小球、如图，把一个带正电的小球A A，放入带绝，放入带绝缘支架不带电的空心球壳缘支架不带电的空心球壳B B内，但不与内，但不与B B内内壁接触，达到静电平衡后，下述说法正确壁接触，达到静电平衡后，下述说法正确的是：的是：A A、球壳、球壳B B内空腔处处场强为零内空腔处处场强为零B B、球壳、球壳B B外部空间处处场强为零外部空间处处场强为零C C、球壳、球壳B B表面不带电表面不带电D D、若球壳、若球壳B B接地则其带负电。接地则其带负电。答案：答案：D D本讲稿第九页，共二十四页第四节第四节电势差电势电势能电势差电势电势能本讲稿第十页，共二十四页一电场力作功的
8、特点一电场力作功的特点1 1、重力做功的特点、重力做功与重力势能变、重力做功的特点、重力做功与重力势能变化的关系化的关系重力做功与所经路径无关，只由初、末位重力做功与所经路径无关，只由初、末位置的相对高度决定。置的相对高度决定。减小减小 增大增大本讲稿第十一页，共二十四页2 2、电场力做功的特点、电场力做功的特点 已知：已知：E E、，、，ABABBCBC 求求由由ABCABCW1W1？由由ACACW2W2？本讲稿第十二页，共二十四页解：解：结论：结论：W W电只由初、末位置决定与所经路径无关。电只由初、末位置决定与所经路径无关。凡是做功具有上述特点的力称为保守力。凡是做功具有上述特点的力称为
9、保守力。高中学到的保守力：重力、电场力、弹性力、高中学到的保守力：重力、电场力、弹性力、分子力。分子力。本讲稿第十三页，共二十四页二、电场力做功与电势差二、电场力做功与电势差1 1、电场力做功：、电场力做功：W=UIt=UqW=UIt=Uq W WABAB=U=UABABq q2 2、电势差：、电势差：本讲稿第十四页，共二十四页定义：定义：电荷电荷Q Q在电场中由一点移到另一点时，电在电场中由一点移到另一点时，电场所做的功场所做的功W W与电荷与电荷Q Q的比值，叫做这两点的的比值，叫做这两点的电势差也叫电压。数值上等于移动单位电量电势差也叫电压。数值上等于移动单位电量电荷电场力所做的功。电荷
10、电场力所做的功。单位：单位：理解注意：理解注意：U UABAB反映的是电场能性质与反映的是电场能性质与W WABAB和移动的电和移动的电荷荷Q Q无关，只由电场中的无关，只由电场中的A A、B B决定。决定。U UABAB的大小与零势点的选择无关。的大小与零势点的选择无关。本讲稿第十五页，共二十四页三、电势三、电势定义：定义：电场中某点对零势点的电势差，为该电场中某点对零势点的电势差，为该点的电势，用点的电势，用U U表示。表示。数值上等于将单位电量从电场中该点数值上等于将单位电量从电场中该点移至零势点电场力所做的功。移至零势点电场力所做的功。例：电场中例：电场中A A点的电势为点的电势为15
11、V15V，其意义为将，其意义为将1C1C的电荷从的电荷从A A点移至到零势点，电场力做功点移至到零势点，电场力做功为为15J15J。本讲稿第十六页，共二十四页2 2、计算公式：、计算公式：点电荷：点电荷：r r为所研究点到场源电荷间的距离；为所研究点到场源电荷间的距离；Q Q为场源电荷的电量。为场源电荷的电量。匀强电场：匀强电场：本讲稿第十七页，共二十四页3 3、理解注意：、理解注意：电势是表示电场能性质的物理量，只由电势是表示电场能性质的物理量，只由电场位置决定。电场位置决定。电势是标量，正、负表示电势的高低。电势是标量，正、负表示电势的高低。电势的高低与零势点位置有关。电势差电势的高低与零
12、势点位置有关。电势差的大小与零势点位置无关。点电荷电场的大小与零势点位置无关。点电荷电场以无穷远处为零势点；大地为零势点，以无穷远处为零势点；大地为零势点，任何接地处均为零势点。任何接地处均为零势点。电势迭加，求和用代数法。电势迭加，求和用代数法。本讲稿第十八页，共二十四页练习答案：练习答案：甲：甲：U UD DUUA A=U=UB B=0U=0UC C乙：乙：U UC C=U=UD D U U0 0 U UA A=U=UB B练习：练习：如图如图,甲为等量异种电荷，乙为正的等甲为等量异种电荷，乙为正的等量同种电荷。量同种电荷。ABAB为两电荷连线是中垂线，为两电荷连线是中垂线，OA=OB=O
13、C=ODOA=OB=OC=OD。试比较。试比较ABCDABCD的电势。的电势。本讲稿第十九页，共二十四页4 4、电势正向和高低的判定的方法、电势正向和高低的判定的方法点电荷形成的电场：点电荷形成的电场：正电荷形成的电场中，各点电势正电荷形成的电场中，各点电势均为正。均为正。(含置于其中的导体含置于其中的导体)；负电荷形成的电场中；负电荷形成的电场中各点电势均为负各点电势均为负(含置于电场中的导体含置于电场中的导体)。匀强电场中各点电势正负判定，匀强电场中各点电势正负判定，视零势面的确定而定。视零势面的确定而定。若以负极板若以负极板A A为零势面，则电场中各点电势均为正。为零势面，则电场中各点电
14、势均为正。若以正极板若以正极板B B为零势面，则电场中各点电势均为负。为零势面，则电场中各点电势均为负。若以场中一面若以场中一面C C为零势面，则此面以上场中各点电势为为零势面，则此面以上场中各点电势为正，此面以下场中各点电势为负。正，此面以下场中各点电势为负。本讲稿第二十页，共二十四页电场中各点电势高低的判定方法：电场中各点电势高低的判定方法：沿电场强度方向是电势降低最快的方向。沿电场强度方向是电势降低最快的方向。本讲稿第二十一页，共二十四页四、电场力做功与电势能四、电场力做功与电势能1、电势能：、电势能：电荷在电场中各点具有的势能用电荷在电场中各点具有的势能用字母字母表示表示公式：公式：=
15、Uq意义：意义：电荷在电场中某点具有电势电荷在电场中某点具有电势能在数值上等于将电荷移到零势能能在数值上等于将电荷移到零势能点电场力做的功。点电场力做的功。2、电势能正负的判定、电势能正负的判定利用符号法则来判定：利用符号法则来判定：=Uq本讲稿第二十二页，共二十四页3 3、电势能增减的判定、电势能增减的判定本讲稿第二十三页，共二十四页练习：练习：带电粒子只受电场力作用，在带电粒子只受电场力作用，在电场中运动轨迹如图中虚线电场中运动轨迹如图中虚线所示。则有：所示。则有：粒子带粒子带 电电粒子在粒子在 点加速度度大点加速度度大粒子在粒子在 点的电势能大点的电势能大M M与与N N相比相比 点的电势高点的电势高粒子在粒子在 点的动能大点的动能大答案：负答案：负 N N M MN N M M本讲稿第二十四页，共二十四页