导体的静电平衡条件及应用

导体的静电平衡条件是“静电场中的导体与电介质”一章中的重要内容之一。在学习时应深刻理解和掌握下列概念:(1)何谓导体处于静电平衡状态?(2)导体处于静电平衡状态时的条件是什么?为什么会有这些条件?(3)导体处于静电平衡状态时,电荷(导体原来带电或原来不带电)是如何分布的?为什么会有电荷的重新分布?(4)怎样运用导体的静电平衡条件及场强迭加原理求解简单问题中导体的电荷分布,以及场中有导体存在时的场强和电势的分布。     

谈“静电平衡”教学中的难点突破

“静电平衡”是静电场中一个比较难教和难学的知识点,一些学生在学习这部分知识时,只知道死记硬背几个性质和规律,即“处于静电平衡时的导体,其内部场强处处为零,且导体是一等势体,它的表面是一个等势面;处于静电平衡时的带电导体,电荷只能分布在导体表面上等。”尽管性质、规律记得熟悉,但一遇实际问题就觉得束手无策,其根本原因是对处于静电平衡时的导体其性质和规律理解不深刻。对其实质分析不透彻。所以考试遇到这类试题就无从下手,失分率很高,形成了静电场部分的一大难点。笔者也常见杂志上有关于此类习题的分析和解疑,很受启发。本文就如何从根本上帮助学生解决学习静电平衡时的困难,提出自己的一些见解,以给他们一点启迪。     

导体接地，感应电荷如何变化？

处在外界静电场中的导体,在静电平衡时,感应电荷如何分布?当导体接地时,感应电荷又如何分布?不少物理书刊上常采用图1(a)、(b)来说明. 这两幅插图表明:导体B不接触时,左右两端都有等量异种感应电荷,而一旦接地,右端感应电荷消失(转移到地球),但左端感应电荷似乎不变.     

构建像电荷模型，求解双球电容器电容

1像电荷 电场中的导体处于静电平衡时,表面上的电荷往往是非均匀分布的,例如图1所示,一半径为尺的接地金属导体球,在离导体球心相距为n的位置放置一带电荷量为q的点电荷．很显然,球上感应电荷的分布是非均匀的,要求感应电荷对q的作用力并非易事,这要用到静电场的唯一性定理,利用电像法来求解．     

关于导体静电平衡时电荷分布的分析

分析了导体在静电场中达到静电平衡时电荷分布的微观机制和实质;并对导体表面的电荷面密度和导体表面曲率的定性关系进行了详细的说明.     

关于导体处于静电平衡状态时的充要条件

国内常见的电磁学教材中所论述的导体静电平衡的条件都是：导体内部的场强处处为零。有的教材[1]在谈及此问题时还专门说明：“上述条件是必要的,同时也是充分的,关于充分的证明需要用到静电场边值问题的唯一性定理”。对此,我们有不同看法。首先,不能利用静电场边值问题的唯一性定理来证明静电平衡的充分条件,因为这个定理是以静电平衡为前提建立的,而静电平衡在这里已不是已知的前提而是待证的结果,如此引用就犯了因果倒置的逻辑错误。其次,唯一性定理要求每一导体的电势或每一导体的总电量已知,但在我们待证的问题中只知道场强…     

电像法在稳恒电流场中的应用

电像法是用等效的点电荷代替导体或电介质上的面电荷,使有导体或或电介质的静电场问题简化为一对点电荷的静电场问题．它是求解静电场的一种重要方法．本文讨论电像法在稳恒电流场中的应用．1电像法在稳恒电流场中的应用由于电流稳定时,电荷分布不随时间变化,所以稳恒电流的电场是静电场,计算静电场问题的所有方法对稳定电流的电场是有效的．有电介质的稳恒电流的电场问题也可用电像法来解决．虽然稳恒电流的磁场是涡旋场,本身不满足泊松方程,但稳恒磁场的矢势A满足泊松方程,这与静电场势所满足的泊松方程形式同一,且满足边界条件…     

巧用电场线 速解静电场问题

电场线是电场的生命线 ,巧用电场线可以速解静电场问题 .一、利用电场线确定库仑力例 1　如图 1所示 ,点电荷 ｑ位于无限大金属板一侧 ,金属板接地 ,周围是空气 ,试求 ｑ与金属板之间的相互作用力 .[解析 ]　根据静电感应现象 ,无限大金属板右侧将感应出与 ｑ等量的负电荷 ,直接计算 ｑ与板上负电荷之间的作用力已超出中学范围 .但利用电场线分布特点可得到巧妙的求解方法 .根据静电平衡特点 ,导体处于静电平衡时 ,从导体表面发出或终止于导体表面的电场线一定与导体表面垂直 .据此我们可以画出 ｑ与无穷接地金属板之间的电场线分布 ,…     

静电场能量与价电子在晶格势场中电势能的改变

利用凝聚态物理学方法研究了处于静电平衡状态的带电体周围空间静电场能量的来源问题,讨论了改变导体内价电子在晶格势场中电势能的方式,得出了改变价电子密度、加热和使导体载流等三种方式均可以改变价电子在晶格势场中电势能的结论。进一步分析了处于静电平衡状态的导体周围空间的静电场能量来源的问题,得出了静电场能量来源于导体内载流子在晶格势场中电势能变化量的结论。     

关于静电平衡中导体感应电荷分布的问题

从“处于静电平衡的导体 ,内部场强处处为零 ,导体是等势体”等性质出发 ,并利用电场线这一形象工具 ,可以定性地讨论导体静电平衡的一些问题 ,但是 ,在高中物理教学中 ,对于导体表面上感应电荷的分布问题 ,常常会由于“想当然”而出现错误 .针对这种情况 ,笔者最近在给高中物理教师讲《高中物理疑难问题研讨》(广东省中学教师继续教育课 )时 ,提出了这样的讨论题 :在带正电的点电荷 (带电量为Ｑ)的电场中 ,不带电的导体球处于静电平衡状态 ,设球的半径为Ｒ ,点电荷到球心的距离为ａ =2Ｒ ,如图 1所示 .图 1　　　　　　　　　　　图 2( 1 )…     

带电同心导体球壳的电场

一个带电体系中的电荷静止不动，其电场分布不随时间而变化，就说它处于静止平衡状态。当静电场中存在导体时，由于导体内自由电荷受电场作用可以移动，而改变电荷     

金属球壳的静电平衡问题——谈电场的叠加在静电平衡中的应用

在学习“电场中的导体”这部分内容时 ,许多学生反映 ,即使把处于静电平衡状态的导体特点记得再清楚 ,但是在解决具体问题时仍然不能灵活应用 .特别是遇到金属球壳的静电平衡问题 ,常常是无从下手 ,找不到好的解决方法 .本文拟从金属球壳在不同的静电平衡条件下 ,应用电场的叠加的思想讨论其带电、电场强度、电势等问题 .1　孤立带电金属球壳的静电平衡(1 )根据孤立带电导体在处于静电平衡状态时 ,其图 1内部不会有净电荷 ,故金属球壳所带电量全部均匀分布于外表面 .如图 1表示薄金属球壳A带正电q时电荷在外表面的分布情况 .(2 )球壳内部及…     

这是静电屏蔽现象吗?

《物理教师》1993年第5期中的《谈“四自”教育教学法在物理教学中的应用》一文中介绍了这样一种现象:把收音机放在一个铁盘上,再用金属罩罩住,收音机的声音立即减弱.原丈中是把这一现象作为静电屏蔽的证据加以演示的.笔者认为这种做法不妥. 电场中的导体能够出现静电平衡,必须是静电场.静电屏蔽亦应是对静电场的“屏蔽”.收音机接收的电磁波是高频变化的电磁场.电磁波在空间中传播遇到导体,涉及到的是电磁波由一种媒质(空气)接触到另一种媒质(金属导体)的表面,将同时发生的是反射和折射两种物理现象.由电动力学知识可知:     

孤立带电体周围全空间静电场能量测量原理

讨论了孤立带电导体周围全空间静电场能量与导体内载流子在晶格势场中电势能增量的关系,得出了带电导体周围全空间静电场能量在数值上等于导体内载流子在晶格势场中电势能增量的结论。进而讨论了通过测量导体带电过程中外界所做的功或导体放电过程中对外界所做的功来间接地测量孤立带电导体周围全空间电场能量的问题。这样的方法是容易实现的,这也从一个侧面证明了静电场能量是分布在场存在的空间中的。     

导体角域静电场问题及其分析

角域导体是指两个半无限大平面沿一定的角度放置,在角域空间中分布有一定的电荷时,求其电场分布,是静电场的基本问题.但是,由于角域导体的角度不同,其分析方法也不一样,而且一不小心就容易出错.本文对导体角域静电场问题进行了分析和总结.     

探索静电能量的计算策略

<正>一、静电场简述一个相对观察者静止的带电体附近存在的能量场,被称为静电场。在静电场中,电荷和电场都不会变化,只会随着外加电荷而产生力的作用,它是电荷周围空间存在的一种特殊形态的物质。库仑定律对其进行了详尽的描述。静电场的主要特征包括两个方面,一个方面是当带电体在电场中移动时,电场力将对带电体做功;另一个方面是处于电场中的导体将会受到电场作用产生静电感应,点电荷之间的作用力与它们的电荷量乘积成     

处于均匀且变化磁场中的均匀导体环是否等势体的讨论

本刊1990年第4期刊载的题为《关于涡旋电场的电势问题》的文章(下称沈文)指出:“(3)R_1=R_2时,U_A=U_B,A、B两点电势相等……故导体是等势体,导体上任意两点间的电势差为零。……即导体环内无稳恒电场,导体是等势体,所以U_(AB)=0”,沈文这一段话可概述为“处于均匀且变化磁场中的均匀导体环是一等势体。”笔者认为这一结论值得商榷。一、处于均匀且变化磁场中的均匀导体环上各点电势相等的计算。沈文在所述例子中指出,当R_1=R_2时     

例析3个点电荷的平衡规律

3个自由点电荷的平衡问题是静电场典型问题,根据平衡的有关知识和库仑定律可以得出3个自由点电荷均处于平衡状态时,有如下几条规律：     

对几个错误的电力线图的分析

在中学物理教学中由于对电力线的性质强调得不够,常常会有意或无意地画出一些错误的电力线图,在若干书刊中也屡见不鲜。今聊举数例,并附分析供参考。例1、如图1示所。 [分析] 导体在施感电荷的作用下,左端感应有负电,右端感应有等量正电,并在电场中处于静电平衡状态,整个导体就变成了等势体。在图1中如有电力线由A至B(或由C至D),则A、B(或C、D)两点间必然会存在电势差:U_(AB)=∫_A~BE·dl(或U_(CD)=∫_c~vE·dl)。这与静电平衡时导体是等势体相矛盾。所以图1所示的电力线图是错误的。     

法拉第圆筒实验的改进

在高中物理第三册第六章“电场”第三节“电场中的导体”中,法拉第圆筒实验是“导体的静电平衡”这一节教材要求的一个重要而又关键的演示实验。它是验证静电平衡中一条重要的规律:处于静电平衡状态下的带电导体(孤立带电体),净电荷只分布在导体的外表面上,导体内部没有净电荷。