静电感应与静电屏蔽

7-4静电感应与静电屏蔽一、静电感应现象下金属导体的三种情况1实心导体：在静电平衡时，导体内部无净电荷，电荷只分布在导体表面2有空腔但空腔不带电导体：静电平衡时，空腔内无电荷时，电荷分布在外表面上（内表面无电荷）3有空腔且空腔带电导体：当空腔内有电荷时,内表面因静电感应出现等值异号的电荷，外表面有感应电荷（电荷守恒）带电导体尖端附近电场最强二、导体表面电荷分布规律与场强大小1、处于静电平衡时，导体表面电场强度的大小与该表面电荷面密度成正比，表述如下（σ是电荷面密度）：2、导体表面电荷与场强分布规律是：σ增大，E增大；σ减小，E减小。注意：1、这个电场强度E指的是某一点的场强，但是是由整个导体产生的，而不是导体上某一小块的面积S产生的2、E表示的是导体表面附近的场强得到σ反比于1𝑅三、静电屏蔽①屏蔽导体外电场1）解释：导体放入电场中，产生静电感应，感应电荷分布在导体表面，导体内和空腔中的E处处为0，故可用空腔来屏蔽外电场，使腔内的物体不受外电场的影响。2）引申：空腔导体可以屏蔽外电场,使空腔内物体不受外电场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等②屏蔽导体腔内电场球壳接地，球壳外表面不带电，球壳外层内表面带同号电荷，导体实心部分没有电场强度。③接地问题1、外球接地后的电势为0.原来分布在外球外表面的电荷由于接地而被中和，因此外表面无电荷分布，外球内表面仍分布有-QA,所以外球带电量为-QA。由于接地后已处于静电平衡状态，外球与接地线上都没有电荷作宏观的定向移动，因此剪断接地线重新将外球与地绝缘，不会影响外球的带电量-QA和电势0。2、以第二小点的图为例，在外球带电-QA并与地绝缘的情况下，把内球接地，则VA=0.同时内球的带电量变为qA，因静电感应，外球的电荷-QA将重新分布，静电平衡时，外球内表面分布有-qA，外球外表面分布有-QA+qA(电势的叠加原理)四、重要例题1、有一外半径𝑹𝒄𝒎和内半径𝑹𝟕𝒄𝒎的金属球壳，在球壳内放一半径𝑹𝟓𝒄𝒎的同心金属球，若使球壳和金属球均带有𝐪𝑪的正电荷，问两球体上的电荷如何分布？球心的电势为多少？𝑉𝑜𝑞4𝜋𝜀0(1𝑅3−1𝑅2+2𝑅1)2310𝑉2、导体球上有电荷q，球壳上电量Q，求：1).两球的电势和电势差；2).用导线把球和球壳连接在一起后，求两球的电势和电势差；3).外壳接地，求两球电势和电势差；4).外球离地面很远，内球接地，情况如何？1、)(π4112303RQqRqRqV2、3、4、=3、如下102π41RQqV)(π412302332RqRqVVU1023π41RQqVV02112VVU)(π41230332RqRqVU02VQRRRRRRRRUV)(4122331023322102π41RQqV