8.1导体和电介质

第一节静电场中的导体

物质的分类：导体、半导体、绝缘体、超导体金属导电模型构成导体框架，形状、大小的是那些基本不动的带正电荷的原子实，而自由电子充满整个导体,属公有化。导体呈电中性自由电子8.1.1中学物理知识回顾研究对象导体：电中性的自由电荷系统。

当有外电场或给导体充电，在场与导体的相互作用的过程中，自由电子的重新分布起决定性作用。（1）

静电感应与静电平衡

导体内有大量的自由电荷，在电场的作用下，导体表面出现感应电荷。导体内部和表面上任何一部分都没有宏观电荷运动，我们就说导体处于静电平衡状态。1.静电平衡及其条件（2）静电平衡条件1）场强条件静电平衡时外场感应场导体内部的场静电平衡条件：导体内部场强为0。

导体表面导体内部的场2)导体上的电势分布结论：静电平衡时导体为等势体，导体表面为等势面。证明：在导体内任取两点，电势差为：静电平衡时E=0导体为等势体，导体表面为等势面。导体的静电平衡1)静电平衡导体的内部处处不带电证明：在导体内任取体积元由高斯定理

体积元任取导体静电平衡时，电荷只能分布在导体表面！8.1.2.静电平衡导体上电荷的分布导体中各处导体上的电荷重新分布为导体表面附近的场强，是所有电荷产生的合场强.设P

是导体外紧靠导体表面的一点,相应的电场强度为+

2)静电平衡导体表面附近的电场强度设导体表面电荷面密度为确定电场强度E和电荷密度

的关系:++++ds+++(为导体外法线方向)Q,Rq,r证明：设相距很远的导体球，用导线线接3)处于静电平衡的孤立带电导体电荷分布由实验可得以下定性的结论：

+++++++++++++++++++球体导电

带立孤在表面凸出的尖锐部分(曲率是正值且较大)电荷面密度较大，在比较平坦部分(曲率较小)电荷面密度较小，在表面凹进部分带电面密度最小。孤立导体尖端放电ACB1.

尖端放电(pointcharge)应用:静电高压起电机。物理知识应用案例雷击尖端

当飞机在云层中飞行，会跟空气、云层摩擦产生电荷，而当电荷积存达到一定值，有可能形成雷击.

静电释放器(放电刷)原理:当雷电产生的电流通过飞机，又或是飞机因空气摩擦而带静电，电流就会瞬间通过放电刷释放到机身外，这样，在导体尖端放电效应的作用下就不会形成高能量的电能聚集释放这一过程——值得注意的是，乘客坐在客舱里是安全的，因为客舱跟机身外壳是绝缘的。放电刷是飞机上的仪表电子设备的“保护伞”，通过随时放掉机身上流动的静电，避免飞机的通信导航受到电磁场干扰而影响飞行安全。

放电刷的释放能力是有限的，如果飞机被高能量的雷电击中，而放电刷又不能在瞬间将这股能量释放掉，就会产生电阻效应，很可能发生机体被击穿的危险，甚至造成恶性事故。所以说，飞行最重要的是一定了解每一个天气状况，及时绕开危险。飞机放电刷+q---+++---------------（1）腔内无电荷的空腔导体1)腔内表面无电荷，电荷只能分布在外表面反证:若内表面有电荷,必有正负电荷,有电势差。与导体的性质矛盾。（2）

腔内有电荷证明：2.空腔导体2)腔内场强为零，电势处处相等。3.静电屏蔽

不论导体壳是否接地，壳内电场都不受壳外电荷位置和数量变化的影响，壳外电场也不受壳内电荷位置变化的影响。比较图示场分布：空腔内部的场不同，空腔外部的场相同A偏心

但为了使壳外电场不受壳内电荷数量变化的影响，导体壳必须接地。

腔内部的电场：只与腔内带电体及腔内的几何因素、介质有关或说：在腔内任一点

腔外部的电场：只与腔外带电体及腔外的几何因素、介质有关或说：在腔外任一点结论仪器++++++带电体金属罩静电屏蔽

例8.1有一块金属板，面积为S，带有总电量q。今在其近旁平行地放置第二块金属板，此板原来不带电，求静电平衡时，金属板上的电荷分布以及周围空间的电场分布（忽略金属板的边缘效应）解：两金属板表面分别带电，电荷面密度如图所示P空间的场强可看作四块无限大带电板的叠加方向向左方向向右方向向右Ar1R1R2B已知导体球壳A带电量为Q

，导体球B带电量为q，求

(1)将A接地后再断开，电荷和电势的分布；解A与地断开后,电荷守恒-q(2)再将B接地，电荷和电势的分布。A接地时，内表面电荷为-q，外表面电荷设为例8.2(1)B球球心处的电势Ar1R1R2B-q设B上的电量为根据孤立导体电荷守恒(2)例8.3导体球