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电场中的导体
电场中的导体
一、 静电感应
导体内部自由电子,在电场力作用下,定向移动,在导体两端分别出现正负电荷的现象,叫静电感应
画图分析:
感应电荷要产生一个附加场E/,在导体内,这个附加场E/跟外电场E0方向相反,叠加的结果消弱了导体内部的电场。
但E/<E0,即E合≠0。
自由电荷就在电场力作用下继续移动,两端的电荷就要继续增加,使E/继续增大,直到合场强E等于零为止。
这时自由电荷的定向移动就停止了。
我们就说导体处于静电平衡状态。
所以:
二、 静电平衡
导体中(包括表面)没有电荷的定向移动的状态,叫做静电平衡。
三、静电平衡的特性
1. 导体内部的场强处处为零。
因为E内=0,所以在导体上的任意两点间移动电荷时,电场力不做功。
所以:
2. 导体是一个等势体,表面是一个等势面。
既然表面是一个等势面,所以:
3. 导体表面任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。
电场线的画法:
说明:
导体外部的电场,是原电场与感应电荷在导体外面产生的电场叠加场。
以上说明的是导体原来不带电,当放入电场中时,出现的现象,表现出的特性。
若单个导体带电时可以认为导体处于所带电荷形成的电场中,也能发生感应,达到静电平衡状态,①E内=0,②导体为一等势体,表面为一等势面,既然E内=0,所以导体内就没有未被抵消的净电荷。
因为内部有净电荷,它附近的电场就不为零。
所以:
4. 净电荷只能分布在外表面上。
实验验证:
法拉第圆筒实验验证。
解释为:
同种电荷相互排斥,都排斥到外表面上去了。
例1:
长为L的导体棒原来不带电,现将一带电量为+q的点电荷放在距左端R处,当导体棒达到静电平衡后,棒上感应电荷在棒内中点处产生的场强大小等于多少?
方向如何?
例2:
如果在棒的另一侧R/处再放一点电荷呢?
例3:
如图在真空中把一绝缘导体向带电(负电)的小球P缓慢地靠近(不相碰)下列说法中正确的是:
A. B端的感应电荷越来越多;导体内场强越来越大;
B. 导体的感应电荷在M点产生的场强恒大于在N点产生的场强;D.导体的感应电荷在MN两点的场强相等。
答案:
AC
问:
若把小球P拿走,绝缘导体还带电否?
(不)那么怎样使之带电呢?
四、起电方式:
下面只谈感应起电。
例4:
例1中导体棒A的两端个带什么电?
分别接地,然后撤线,再拿走C电荷,A带什么电?
②若把C电荷换成负电荷呢?
引申1:
⑴把导体竖放如图若分别接地,然后撤线,再拿走C电荷,A带什么电?
⑵如图若分别接地,然后撤线,再拿走C电荷,A带什么电?
⑶如图若分别接地,然后撤线,再拿走C电荷,A带什么电?
引申2:
⑷如图把导体从中间挖去一部分
⑸如图把导体从中间再挖去一部分
变形:
电势叠加原理在静电平衡中的应用:
例1:
如图所示,把带正电的金属球A放在绝缘支座上,其附近另一不带电的导体B,导体B上的自由电子将重新分布,平衡时,它的左端聚集负电荷,右端聚集正电荷,设地球电势为零。
则下列说法正确的是:
A. 导体B各点电势均为零;B.导体B各点电势高于零;
B. 导体B各点电势低于零;D.导体B左端电势低于零,右端电势高于零;
C. 用导线把B左端与地球相连,将有负电荷沿导线迁移到B
例2:
一个带正电的绝缘导体球壳A,顶部开一小孔,有两个带正电的小球B和C,用导线相连接,让B球置于球壳中,并与内表面接触一下后又提起到如图所示位置,C离A球较近,则正确的说法是:
[]
A. B、C都带电
B. B球不带电
C. C球带负电
D. C球带正电
E. 若C球接地后,则B球带负电
F. C球接地后,则空腔内场强为零
G. 若C球接地后,则C球不带电
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