静电平衡与静电屏蔽

1、1 1电场的重要性质是什么？电场的重要性质是什么？ 答：对放入其中的电荷有力的作用。答：对放入其中的电荷有力的作用。2 2导体的重要特征（或说导体导电的原因）是导体的重要特征（或说导体导电的原因）是 什么？什么？ 答：导体内部有大量自由电荷。答：导体内部有大量自由电荷。3 3把不带电金属导体放入电场中，会发生什么现把不带电金属导体放入电场中，会发生什么现象象? ? 答答: :静电感应静电感应【复习提问】放在电场中的导体会发生什么现象？放在电场中的导体会发生什么现象？外电场力作用外电场力作用自由电子开始定向移动自由电子开始定向移动导体两端出现感应电荷导体两端出现感应电荷感应场强越来越大感应场强越

2、来越大合场强越来越小合场强越来越小合场强为合场强为0时时自由电子停止定向移动自由电子停止定向移动演示实验演示实验1. 静电平衡：静电平衡：导体中（包括表面）没有电导体中（包括表面）没有电 荷荷的定向移动的状态，叫做静电平衡。的定向移动的状态，叫做静电平衡。问题：电子的定向移动能否持续不断地进行下去？问题：电子的定向移动能否持续不断地进行下去？2.静电平衡特点静电平衡特点 （1 1）导体处于静电平衡状态时，内部）导体处于静电平衡状态时，内部场强处处为零。场强处处为零。 （2 2）静电平衡状态时的导体，电荷只）静电平衡状态时的导体，电荷只分布在导体的外表面上分布在导体的外表面上 ，导体的内部，导体

3、的内部不可能存在有电荷不可能存在有电荷这个特点可以用法拉第圆筒实验来验证这个特点可以用法拉第圆筒实验来验证法拉第圆筒实验法拉第圆筒实验（3 3）处于静电平衡状态的导体表面上任）处于静电平衡状态的导体表面上任一点场强方向与该点表面垂直。可用反证一点场强方向与该点表面垂直。可用反证法证明，若不垂直，沿表面有切向分量，法证明，若不垂直，沿表面有切向分量，电荷将发生定向移动。电荷将发生定向移动。 证明证明（4 4）处于静电平衡状态导体是个等势体。）处于静电平衡状态导体是个等势体。导体表面是等势，沿导体表面移动电荷，导体表面是等势，沿导体表面移动电荷，电场力与表面切向垂直，电场力做功为零。电场力与表面切

4、向垂直，电场力做功为零。 所以电势差为零，表面是等势面。内部处所以电势差为零，表面是等势面。内部处处处e=0e=0，任两点间移动电荷，电场力为零，任两点间移动电荷，电场力为零，任两点等势，所以是等势体。任两点等势，所以是等势体。 演示实验演示实验1静电屏蔽：静电屏蔽：导体壳或金属网罩（无论接地导体壳或金属网罩（无论接地与否）可以把外部电场遮住，使其内部不受与否）可以把外部电场遮住，使其内部不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽2解释：解释：处于静电平衡状态的导体，内部场处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，将导体挖空，变成一个导体壳，强处处为零，将导体挖空

5、，变成一个导体壳，壳内的场强仍处处为零，金属网罩可以起到壳内的场强仍处处为零，金属网罩可以起到导体壳的作用，所以能使导体壳内或金属网导体壳的作用，所以能使导体壳内或金属网罩内的区域不受外部电场的影响罩内的区域不受外部电场的影响带电鸟笼中的鸟为什带电鸟笼中的鸟为什么安然无恙？么安然无恙？因为金属网罩屏蔽了因为金属网罩屏蔽了外部的电场，网罩内外部的电场，网罩内部没有电场，也不带部没有电场，也不带电，所以鸟能安然无电，所以鸟能安然无恙。恙。特别注意：特别注意： 利用静电屏蔽装置屏蔽外部的电场时，利用静电屏蔽装置屏蔽外部的电场时，金属外壳接地与不接地都可以起到效果。金属外壳接地与不接地都可以起到效果。

6、 但是，利用静电屏蔽装置屏蔽但是，利用静电屏蔽装置屏蔽内部内部的的电场时，电场时，金属外壳必须接地金属外壳必须接地，否则起不到，否则起不到屏蔽的效果。屏蔽的效果。演示实验演示实验3静电屏蔽的应用静电屏蔽的应用（1）电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电）电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰缆外面包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰（2）电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网）电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作用，使人安全作业蔽作用，使人安全作业 一个不带电的空

7、心金属球，在它的球心处放一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场的分布是下图中的（一个正电荷，其电场的分布是下图中的（ ）思考：思考：上题中，若将上题中，若将金属球的外壳接地，金属球的外壳接地，则其电场的分布是则其电场的分布是（ ）bd1静电平衡状态：静电平衡状态： 导体中（包括表面）没有电荷定向运动的状态。导体中（包括表面）没有电荷定向运动的状态。 基本特征：基本特征：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处于静电平衡状态的导体，内部场强处 处为零；电荷只分布在导体的外表面。处为零；电荷只分布在导体的外表面。 注意：注意：这里的这里的“场强场强”，指的是，指的是合场强。场强。2静

8、电屏蔽：静电屏蔽： 导体壳或金属网罩可以把外部电场遮住，使其内导体壳或金属网罩可以把外部电场遮住，使其内部不受外电场的影响部不受外电场的影响 接地接地的导体壳或金属网罩可以把内部的电场遮住，使的导体壳或金属网罩可以把内部的电场遮住，使外部不受内电场的影响。外部不受内电场的影响。课堂小结课堂小结 导体自身带电处于静电平衡，下列说法中正确的是（ ）a.导体内部处处场强为零b.表面处场强不为零,曲率半径小的地方场强大c.电荷只分布在外表面，电场线一定和外表面处处垂直d.电场线在导体处中断课外思考课外思考: :下图中的下图中的c c验电器张开吗？为什么验电器张开吗？为什么? ?bac例、长为例、长为l

9、的导体棒原来不带电，将一带的导体棒原来不带电，将一带电量为电量为q的点电荷放在距棒左端的点电荷放在距棒左端r处，处，如图所示，当达到静电平衡后棒上感应如图所示，当达到静电平衡后棒上感应的电荷的电荷 在棒内中点处产生的场强的大小在棒内中点处产生的场强的大小 等于等于 方向：方向： +qrl2)2(lrqk（向左）即指向点电荷（向左）即指向点电荷证明：证明：处于静电平衡状态的导体，表面上任一处于静电平衡状态的导体，表面上任一点的场强方向与该点表面垂直。点的场强方向与该点表面垂直。证：图示，假如表面的场强方证：图示，假如表面的场强方向与该点的表面不垂直，则沿向与该点的表面不垂直，则沿表面有场强的切向分量表面有场强的切向分量e ef f ，则，