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4.4 导体 ​

静电平衡 ​

导体有如下性质:

  1. 电荷分布在外表面,内部场强处处为零(静电屏蔽)
  2. 导体表面电场强度
  3. 内部无场强,因此导体是等势体,表面是等势面,但表面场强并非处处相等
  4. 导体表面曲率越大(尖锐),电荷密度越大

例 1

半径为 的金属球体是一个等势体,其电势 则球心处的场强大小为 。


静电屏蔽,内部场强为 。

例 2

均匀带电无限大平板附近的场强大小为 ,均匀带电无限大平板导体附近的场强大小为 。


,

简单理解这个两倍关系,就是导体内部 没有电场线,但导体表面电荷的电场线总要发射出去,就全部往外了。记住即可,不要深究。

例 3

如图所示,金属球 被一同心金属球壳 所包围,分别给 两导体以电量 和 ,则 球壳的外表面带电量为?


在 的内部做出一个高斯面。由于 内场强为零,因此高斯面上的电通量为零,高斯面内的净电荷量为零。故 的内表面电荷量应为 。

的总电量为 ,因此外表面电荷为 。

TIP

结论:导体 球壳内表面上电荷 与 球壳内的电荷 代数和为零。

导体的场强和电势 ​

例 4

一个带电达到静电平衡时(  )。

A. 表面上电荷密度大处电势较高
B. 导体内任意两点的电势差等于零
C. 导体内部的电势比表面的电势高
D. 表面曲率较大处电势较高


导体是等势体,因此 ACD 错误,B 正确。

例 5

一个未带电的空腔导体球壳,内半径为 ,在空腔内离球心的距离为 处(),固定一点电荷 则在球心 处的电势为 ,用导线把球壳接地后,再把地线撤销,选无穷远为电势零点,则球心 的电势为 。


  1. 根据 上一节 中的结论,点电荷 对 产生的电势为 ,球壳产生的电势为 ,故有 。

  2. 与上一题类似,作高斯面可得球壳内表面带电 ,外表面带电 。接地时,外球壳电荷受排斥并沿地线流失,撤去地线后外表面无电荷:

    此时计算 。点电荷产生 ,球壳产生 ,因此有 。

TIP

  • 导线链接电势相等
  • 接地电势为零
  • 电势为零不代表电荷为零