导体静电平衡的特征

高中物理 静电平衡的特征及应用

一、考点突破： 知识点 考纲要求 题型 说明 本知识点属于高考重点，常以静电感应为基础，考查场强的叠加，重点考查处于静电平衡状态下的导体的特征。 1. 理解什么是静电平衡状态； 静电平衡2. 掌握处于静电平衡状态下的导体的的特征及特点； 应用 3. 知道静电屏蔽及其应用。 选择题 计算题 二、重难点提示： 重点： 1. 理解什么是静电平衡状态； 2. 掌握处于静电平衡状态下的导体的特点。 难点：静电屏蔽现象。 1. 静电感应 把金属导体放在外电场E外中，由于导体内的自由电子受电场力作用产生定向移动，使得导体两端出现等量的异种电荷，这种由于导体内的自由电子在外电场力作用下重新分布的现象叫作静电感应。（在靠近带电体端感应出异种电荷，在远离带电体端感应出同种电荷）。 由带电粒子在电场中受力去分析。静电感应可从两个角度来理解： ①根据同种电荷相排斥，异种电荷相吸引来解释； ②也可以从电势的角度来解释，导体中的电子总是沿电势高的方向移动。 2. 静电平衡 （1）静电平衡

发生静电感应后的导体，两端面出现等量感应电荷，在导体内部，感应电荷产生一个附加电场E附，这个E附与原电

静电场中的导体和电介质 姓名______学号________序号_______

第二、六章 静电场中的导体和电介质

一、选择题

1、有一点电荷q及金属导体A，且A处于静电平衡状态。下列说法中正确的是： [ ] （A）导体内E?0，q不在导体内产生电场； （B）导体内E?0，q在导体内产生电场； （C）导体内E?0，q在导体内产生电场；

（D）导体内E?0，q不在导体内产生电场。

2、一个内半径为R1，外半径为R2的金属球壳，球壳外表面带电量为Q， 则 [ ] （A）球壳内表面的电位小于外表面的电位； （B）球壳内表面的电位等于外表面的电位； （C）球壳内表面的电位大于外表面的电位；

（D）以上情况都有可能。 3、两个同心薄金属球壳，半径分别为R1和R2（R2?R1），若分别带上电量为。现q1和q2的电荷，则两者的电势分别为U1和U2（选无穷远处为电势零点

第八章 静电场中的导体

一、选择题

1、当一个带电导体达到静电平衡时，应有：[ ]

(A) 表面上电荷密度较大处电势较高；

(B) 导体内任一点与其表面上任一点的电势差等于零； (C) 导体内部的电势比导体表面的电势高；

(D) 表面曲率较大处电势较高。 2、如图所示，一厚度为d的“无限大”均匀带电导体板，电荷面密度为?，则板的两侧离板面距离均为h的两点a、b之间的电势差为：[ ]

(A) 0； (B)

??h2?h；(C) ； (D) 。 2?0?0?03、对于处在静电平衡下的导体，下面的叙述中，正确的是：[ ]

(A)导体内部无净电荷，电荷只能分布在导体外表面；

(B)导体表面上各处的面电荷密度与当地表面紧邻处的电场强度的大小成反比； (C)孤立的导体处于静电平衡时，表面各处的面电荷密度与各处表面的曲率有

关，曲率半径大的地方，面电荷密度也大；

(D)E是导体附近某点处的场强，则紧邻该点处的导体表面处的面电荷面密度

???0E/2。式中E是场强的数值。当场强方向指向导体时，?取负值。

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第三章 半导体中的平衡 与非平衡载流子3.1 导带电子浓度与价带空穴浓度 3.2 本征载流子浓度与本征费米能级 3.3 杂质半导体的载流子浓度 3.4 简并半导体及其载流子浓度 3.5 非平衡载流子的产生与复合 准费米能级 3.6 非平衡载流子的寿命与复合理论School of Microelectronics

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3.1 导带电子浓度与价带空穴浓度要计算半导体中的导带电子浓度，必须先要知道导带中能 量间隔内有多少个量子态。 又因为这些量子态上并不是全部被电子占据，因此还要知 道能量为的量子态被电子占据的几率是多少。 将两者相乘后除以体积就得到区间的电子浓度，然后再由 导带底至导带顶积分就得到了导带的电子浓度。

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一、状态密度导带和价带是准连续的，定义单位能量间隔内的量 子态数为状态密度g( E ) = dZ(E) dE

为得到g(E) ,可以分为以下几步： 先计算出k空间中量子态密度； 然后计算出k空间能量为

第六章 静电场中的导体与电介质

6 －1 将一个带正电的带电体A 从远处移到一个不带电的导体B 附近，则导体B 的电势将（ ）

（A） 升高 （B） 降低 （C） 不会发生变化 （D） 无法确定

分析与解 不带电的导体B 相对无穷远处为零电势。由于带正电的带电体A 移到不带电的导体B 附近时，在导体B 的近端感应负电荷；在远端感应正电荷，不带电导体的电势将高于无穷远处，因而正确答案为（A）。

6 －2 将一带负电的物体M靠近一不带电的导体N，在N 的左端感应出正电荷，右端感应出负电荷。若将导体N 的左端接地（如图所示），则（ ） （A） N上的负电荷入地 （B）N上的正电荷入地 （C） N上的所有电荷入地 （D）N上所有的感应电荷入地

分析与解 导体N 接地表明导体N 为零电势，即与无穷远处等电势，这与导体N在哪一端接地无关。因而正确答案为（ A ）。

6 －3 如图所示将一个电量为q 的点电荷放在一个半径为R 的不带电的导体球附近，点电荷距导体球球心为d，参见附图。设无穷远处为零电势，则在导体球球心O 点有（ ） （A）E?0,V?qqq,V? （B）E?

4πε0d4πε0d24πε0dqq,V

题文：第2章 静电场中和导体

第2章 静电场中的导体

2.1 选择题

21001 无限大平板电容器的两极板A、B带等量异号电荷，现将第三个不带电的导体板C插入A、B之间，则：

A.电容增加，电压增加；

B.电容减少，电压减少；

D.电容减少，电压增加。

C.电容增加，电压减少；

21002 如题图21002所示，一个闭合的导体空腔，假设导体有无限大电导率，导体空腔本身不带电，空腔内有一电荷Qi及观察者A，导体外有一电荷Q0及观察者B，下述的哪一条陈述最精确地描述了不同观察者观察的结果?

A.A观察者只观察到Qi的场，B观察者只观察到Q0的场；

B.A观察者观察到Qi和Q0的场，B观察者只观察到Q0的场； C.A观察者只观察到Qi的场，B观察者观察到Qi和Q0的场； D.A、B观察者都观察到Qi和Q0的场。

21003 真空中有一组带电导体，其中某一导体表面某处电荷面密度为?，该处表面附近的场强大小为E，则E?

?。那么，E是： ?0B.该导体上全部电荷在该处产生的场；

A.该处无穷小面元上电荷产生的场；

C.所有的导体表面的电荷在该处产生的场； D.以上说法都不对。

21004 将一个带正电的

第七章 静电场中的导体、电介质

一、选择题：

1. 已知厚度为d的无限大带电导体平板，两表面上电荷均匀分布，电荷面密度均为σ，如图所示，则板外两侧的电场强度的大小为：[ ]

? ? ?d

（A）E=? （B）E=2? （C）E=? （D）E=

2?0?0?02?0d 2. 两个同心薄金属体，半径分别为R1和R2（R2>R1），若分别带上电量为q1和q2的电荷，则两者的电势分别为U1和U2（选无穷远处为电势零点），现用导线将两球壳相连接，则它们的电势为[ ]

（A）U1 （B）U2 （C）U1+U2 （D）

1（U1+U2） 23.如图所示，一封闭的导体壳A内有两个导体B和C，A、C不带电，B带正电，则A、B、C三导体的电势UA、UB、UC的大小关系是[ ] （A）UA=UB=UC （B）UB> UA=UC

（C）UB>UC>UA

第九章 静电场中的导体和电介质

基 本 要 求

一、掌握导体的静电平衡条件，并能利用这些条件确定导体表面

电荷的分布；

二、掌握有导体存在的电场中场强和电势的计算方法； 三、了解电介质极化的原理以及电介质对电场的影响； 四、掌握运用介质中的高斯定律求场强的方法； 五、掌握电容和电场能量的计算方法。

内 容 提 要

一、静电场中的导体

静电平衡状态 导体内部和表面都没有电荷的宏观移动。 静电平衡条件 导体内部的电场强度为零，导体表面的电场强度与表面垂直。

静电平衡的特点

1. 场强特点：导体内部的电场强度为零，导体表面的电场强度与表面垂直。

2. 电势特点：导体是等势体，表面是等势面。

3. 电荷分布特点：①电荷只分布在表面上；②对空腔导体，腔内无其他带电体时，电荷只分布在外表面上；③对孤立导体，表面各处的面电荷密度和该处表面的曲率有关。曲率大处，面电荷密度大。

导体表面的场强与面电荷密度的关系 E?二、静电场中的电介质

电介质(绝缘介质) 电介质内没有可以自由移动的电荷，在

131

σ?0

电场作用下，电介质中的电荷只能在分子范围内移动。

分子电矩 p分?ql分

电极化强度 单位体积内分子电矩的矢量和。

P?lim

?p分?V

第二章 静电场与导体

一、判断题（正确划“?”错误码划“?” ）

E?1、由公式

点场强仅由该点附近的导体上的面上的面电荷产生的。（ ）×

2、一导体处静电场中，静电平衡后导体上的感应电荷分布如图，根据电场线的性质，必有一部分电场线从导体上的正电荷发出，并终止在导体的负电荷上。（ ）×

3、一封闭的带电金属盒中，内表面有许多针尖，如图所示，根据静电平衡时电荷面密度按曲率分布的规律，针尖附近的场强一定很大。（ ）×

4、孤立带电导体圆盘上的电荷应均匀分布在圆盘的两个圆面上。（ ）√

5、对于一个孤立带电导体，当达到静电平衡时，面电荷的相对分布与导体表面的曲率成正比。（ ）√

6、一个接地的导体空腔，使外界电荷产生的场强不能进入腔内，也使内部电荷产生的场不进入腔外。（ ）×

7、若电荷间的相互作用不满足平方反比律，导体的屏蔽效应仍然存在。（ ）×

8、用一个带电的导体小球于一个不带电的绝缘大导体球相接触，小球上的电荷会全部传到大球上去。（ ）×

9、带电体的固有能在数值上等于该带电体从不带电到带电过程中外力反抗电力作的功。（

第6章 静电场中的导体和电介质

一、选择题

1. 一个不带电的导体球壳半径为r , 球心处放一点电荷, 可测得球壳内外的电场． 此后将该点电荷移至距球心r/2处, 重新测量电场．试问电荷的移动对电场的影响为下列哪 一种情况? r [ ] (A) 对球壳内外电场无影响 q (B) 球壳内外电场均改变 (C) 球壳内电场改变, 球壳外电场不变 T6-1-1图 (D) 球壳内电场不变, 球壳外电场改变

2. 当一个导体带电时, 下列陈述中正确的是

[ ] (A) 表面上电荷密度较大处电势较高 (B) 表面上曲率较大处电势较高 (C) 表面上每点的电势均相等 (D) 导体内有电力线穿过

3. 关于带电导体球中的场强和电势, 下列叙述中正确的是 [ ] (A) 导体内的场强和电势均为零 (B) 导体内的场强为零, 电势不为零

(C) 导体内的电势与导体表面的电势相等

(D) 导体内的场强大小和电势均是不为零的常数

4. 当一个带电导体达到静电平衡时

[ ] (A) 导体内任一点与其表面上任一点的电势差