电磁学 静电场(屏蔽)
静电屏蔽实验报告
静电屏蔽实验报告【实验名称】静电屏蔽实验【实验目的】1. 了解静电屏蔽的基本原理和作用；2. 掌握静电屏蔽实验的操作方法；3. 理解静电屏蔽在工程领域的应用。
【实验原理】静电屏蔽是通过某种导电材料将电荷引导到接地，从而避免电荷对设备或人体的干扰和损害。
在静电场中，导体可以通过引导电荷或者散射电场的方式来实现屏蔽作用。
通常使用的屏蔽材料包括金属网、导电布、金属箔等。
【实验器材】1. 静电源2. 周围无金属构件的实验台3. 金属网片4. 金属箔5. 电压表6. 接地线【实验步骤】1. 在一块干净的实验台上放置一张金属网片；2. 将静电源连接到金属网片上，并接通电源；3. 使用电压表测量金属网片上的电压；4. 将金属箔覆盖在金属网片上，并测量金属箔上的电压；5. 使用接地线将金属网片和金属箔分别接地，并测量电压。
【实验数据处理】根据测量数据，比较金属网片和金属箔在不同接地状态下的电压变化，分析静电屏蔽效果。
【实验结果】通过实验数据处理和分析，得出金属网片和金属箔都能实现一定程度的静电屏蔽效果。
当金属网片和金属箔接地时，其静电屏蔽效果更佳。
静电屏蔽材料的有效性与接地状态密切相关。
【结论】静电屏蔽是一种重要的电磁兼容技术，在电子设备设计和工程领域有着重要的应用。
通过实验了解了静电屏蔽的基本原理和作用，并掌握了静电屏蔽实验的操作方法。
实验结果表明，静电屏蔽材料的有效性与接地状态密切相关，接地是实现静电屏蔽效果的关键。
【意义和应用】静电屏蔽技术在电子设备、航空航天、医疗器械等领域有广泛的应用，能够有效减少电磁干扰和保护设备。
通过本次实验，加深了对静电屏蔽的理解，为今后在工程领域的应用提供了基础知识和实践经验。
【参考文献】1. 《电磁兼容性工程》2. 《工程电磁学》3. 《电磁屏蔽技术应用与发展》【附录：原始数据】实验数据和测量结果记录表格。
静电屏蔽与静电能量
ＶＯＩ ２ Ｎｏ． ．５ １
新 乡学 院 学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＸｉ ｘ ａ ｇ Ｕｎ ， ｓｔ （ ｔ ｒ ｌＳ ｉｎ ｅ Ｅ ｉ ｏ ） ｏ ｒ ａ ｏ ｎ ｉｎ ｅ ｉ Ｎａ ｕ ａ ｃｅ ｃ ｄ ｔ ｎ ｒ ｙ ｉ
ｏ ｌｃ ｒ ｓａ ｉ ｎ ｒ ｙ ａ ｄ ｅｅ ｔｏ ｔ ｔ ｉｌ ｎ ｒ ｙ ａ ｄ ｍｅ ｓ ｒ ｈ ｈ ｃ ｎ ｓ ｆ ｃ ａ ｇ ｄ ｓ ｅ ｔａ ｄ ｔ ｉｃ ｓ ｈ ｆｅｅ ｔｏ ｔ ｔ ｅ ｅ ｇ ｎ ｌｃ ｒ ｓ ａ ｉ ｆ ｄ ｅ ｅ ｇ ， ｎ ａ ｕ ｅ ｔ ｅ ｔ ｉ ｋ ｅ ｓ ｏ ｈ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ Ｏ ｄ ｓ ｕ ｓ ｔ ｅ ｃ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｎ ｆ ｔ ｅ ｓ ｅ ｔＳ ｔ ｉｋ ｅ ｓ ｂ ａ ｃ ｌ ｔ ｇ ｔ ｅ ｅｅ ｔｏ ｔ ｔ ｎ ｒ ｙ ａ ｄ ｅｅ ｔｏ ｔ ｔ ｉｌ ｎ ｒ ｙ ｏ ｏ ｄ ｃｏ ａ ｉ ｇ ｏ ｈ ｈ ｅ ｈ ｃ ｎ ｓ ｙ ｃ ｌ ｕ ａ ｉ ｈ ｌｃ ｒ ｓａ ｉ ｅ ｅ ｇ ｎ ｌｃ ｒ ｓａ ｉ ｆ ｄ ｅ ｅ ｇ ｆｃ ｎ ｕ ｔ ｒ ｎ ｃ ｃ ｅ
与静 电场 能 量 的 意 义 与 区 剐 。通过 计 算 处 于静 电平衡 状 态 导 体球 的 静 电 能 和静 电 场 能 ， 算 了 带 电 薄层 的厚 度 并 计 讨 论 了薄层 厚 度 的 意 义
关 键 词 ： 电屏 蔽 效应 ； 电平 衡 状 态； 电能 量 ； 电场 能 量 静 静 静 静 中 图分 类 号 ： ４ Ｏ４ １ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ６ ４ ３ ２ （ ０ ８ ０ 一 ０ ４ ０ ｌ ７ — ３ ６ ２ ０ ） ｌ０ ２ — ４
２０ ０ ８年 ３月
大学物理笔记(6)电磁学(一)静电场
电荷体密度与电势关系
对于电荷体分布，可以取一小体积元，其电荷体密度为ρ， 则该体积元在距离r处产生的电势为dV=kρdV/r。电势ຫໍສະໝຸດ 与等势面概念及应用电势差定义
电势差是指电场中两点间电势的差值 ，用符号U表示，单位为伏特(V)。
种电荷相互吸引。
电场
电荷周围存在的一种特殊物质，对 放入其中的其他电荷有力的作用。
电场线
用来形象描述电场的曲线，电场线 上每点的切线方向表示该点的电场 强度方向，电场线的疏密程度反映 电场的强弱。
电场强度与电势
电场强度
描述电场强弱的物理量，用E表示 ，单位是牛/库仑（N/C）。电场 强度是矢量，方向与正电荷在该 点所受电场力方向相同。
电场强度
表示电场中某点的电场强弱 和方向的物理量，用E表示 。其方向与正电荷在该点所 受电场力的方向相同。
电势
描述电场中某点的电势能的 高低，用φ表示。电势差则 是两点间电势的差值，即电 压。
高斯定理
通过任意闭合曲面的电通量 等于该曲面内所包围的所有 电荷的代数和除以真空中的 介电常数。
常见误区及易错点提示
这种现象称为静电感应。
静电平衡
当导体内部电荷分布达到稳 定状态，即导体内部电场强 度为零时，称导体处于静电 平衡状态。此时，导体表面
电荷分布满足高斯定理。
屏蔽效应
处于静电平衡状态的导体， 其内部电场强度为零，因此 外部静电场对导体内部无影 响，这种特性称为屏蔽效应 。
介质在静电场中特性分析
01
电极化
05 静电场能量与能 量守恒定律探讨
静电场能量密度表达式推导
2020年高中物理竞赛(电磁学)静电场和稳恒电场(含真题练习题)：导体壳和静电屏蔽(共17张PPT)
接地时 4 0 a点 1 2 3 0
2 0 2 0 2 0 b点 1 2 3 0
2 0 2 0 2 0
1 A 2 3 B
a
E3 E2 E1
A板 1S 2S Q
1 2 3
b
电荷分布
E1 E2 E3
1 0
2
3
Q S
A
B
电荷分布 1 0
2
3
Q S
1 A 2 3 B
4 0r 2
r R1 R2 r R3 R1 r R2 r R3
Q q
场
强 分
E
布
0 r R1 R2 r R3
q q
q
4 0r 2
R1 r R2 B
A R1 R2 O R3
4 0r 2
r R3
球心的电势
R1
R2
R3
uo E • dr Edr Edr Edr Edr
2020高中物理学奥林匹克竞赛
电磁学篇[基础版] （含往年物理竞赛真题练习）
二、导体壳和静电屏蔽
1、空腔内无带电体的情况
腔体内表面不带电量， 腔体外表面所带的电量为带电体所带总电量。 导体上电荷面密度的大小与该处表面的曲率有关。
q2
2、空腔内有带电体
腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等 量异号，腔体外表面所带的电量由电荷守恒定律决定。
u
r
Edr
4 0r
练习 已知: 两金属板带电分别为q1、q2 求：1 、2 、3 、4
q1
q2
1 2 3 4
1
4
q1 q2 2S
2
3
q1 q2 2S
问题：
浅谈电磁场屏蔽
浅谈电磁场屏蔽【摘要】阐述了三种电磁场屏蔽的屏蔽原理，在屏蔽材料的选取、屏蔽效果、应用范围等方面对三者进行了比较。
【关键词】电磁场屏蔽；屏蔽原理；屏蔽材料；屏蔽效果0引言随着电子技术的发展，越来越多的电子电气设备进入人们的生活，电磁污染日益严重。
另一方面，由于电子电气设备小型化的要求，极易受外界电磁干扰而使其产生误动作，从而带来严重后果。
因此人们越来越重视电子产品的电磁兼容性（EMC），电磁场的屏蔽就是电磁兼容技术的主要措施之一。
根据条件的不同，电磁场的屏蔽一般可以分为三类：静电屏蔽、静磁屏蔽和高频电磁场的屏蔽。
三种屏蔽的共同点是防止外界的电磁场进入到某个需要保护的区域中去。
但是由于所要屏蔽的场的特性不同，因而对屏蔽材料的要求也就不一样。
1静电屏蔽静电屏蔽的目的是防止外界的静电场进入到某个区域。
实际上对于变化很慢的交流电而言，它周围的电场几乎和静电场一样，只是电荷的分布周期性地变化而已。
因此防止低频交流电的电场，也可以归结为静电屏蔽一类。
静电屏蔽对导体壳的厚度和电导率无特别要求，但对于低频交流电场，屏蔽壳要选电导率高一点的材料。
图1空腔导体屏蔽外电场静电屏蔽分为外屏蔽和全屏蔽。
空腔导体内无电荷，在外电场中处于静电平衡时，其内部的场强总等于零（图1），因此外电场不可能对其内部空间发生任何影响。
若空腔导体内有带电体，在静电平衡时，它的内表面将产生等量异号的感应电荷，外表面会产生等量同号的感应电荷（图2），此时感应电荷的电场将对外界产生影响。
这时空腔导体只能屏蔽外电场，却不能屏蔽内部带电体对外界的影响，所以叫外屏蔽。
如果外壳接地，即使内部有带电体存在，内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零，而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地（图3）。
此时外界无法影响壳内空间，内部带电体对外界的影响也随之消除，所以这种屏蔽叫做全屏蔽。
实际使用中一般均采用接地的屏蔽方法，且金属外壳不必严格完全封闭，用金属网罩代替金属壳体也可达到类似的静电屏蔽效果。
关于静电屏蔽现象的正确理解
关于静电屏蔽现象理解的常见错误分析安徽省含山高级职业中学郝必友（238171）【摘要】：在现行的高中物理（人教版）必修3-1《静电场》中关于静电屏蔽的知识讲的不是很多，在教学中我们会经常遇到一些问题，如果不加以仔细分析很容易出现错误。
本文就关于静电屏蔽的理解上经常出现的错误进行分析。
希望能对各位同行在进行静电屏蔽教学时有所帮助。
【关键词】：静电屏蔽，静电平衡【正文】关于静电屏蔽，课本上是这样叙述的：只要达到了静电平衡状态，不管导体本身是否带电或者处于外界电场中，内部都是没有电场的，这样导体的外表面就保护了它包围的区域，使之不受导体外界的电场或者自身外表面所带的电荷影响。
关于静电屏蔽，经常有下列几种常见的看法。
下面结合具体的例子来分析。
1.看法一：静电屏蔽时，内部不受外部的影响，所以，外部的电荷不会在内部产生电场请看下面的例子【例1】有一不带电的空心金属球，球心处放一点电荷+ q，球外有一电荷+ Q，如图1所示．当达到静电平衡时，关于空心球内的电场说法正确的是（）A．电荷Q在球内产生的电场强度为零；B．球外表面的电荷在球内的场强为零；C.Q与球外表面的电荷在球内的合场强为零，D．球内外表面的电荷在球内的合场强为零．解答与分析：空心金属球就是金属球壳、导体空腔．点电荷+ q置于球心处，金属球壳的内表面出现均匀分布的感应电荷－q，外表面出现感应电荷+q；而球外电荷+ Q在球壳外表面的右侧产生感应电荷－Q＇，左侧产生感应电荷+Q＇．因为静电平衡时导体内部任一点的场强为零，亦即导体内没有电场线存在，这说明球外电荷+Q所发生的电场线一部分延伸于无限远处，一部分终止于球壳外表面的负电荷上，不能穿过壳层而进入空心球内，故电荷Q不影响球内的电场，这就是所谓“内部不受外电场的影响”．这里必须注意，这句话并不是说壳外电荷不在壳内产生电场，而是壳外界的电荷与壳外表面上的电荷在壳外壁以内（包含金属壳层）任一点所产生的合电场强度为零．因此本题应是电荷Q与球外表面的电荷（q ±Q＇）在球内产生的合场强为零．所以，正确答案：C因此，看法一是不对的，正确理解应该是：所谓内部不受外部影响，是指外部电荷，导体外表面上感应电荷在导体内部产生的合场强为0，而不是说外界的电荷不能在导体内产生电场，例如，本题中电荷Q在导体内产生的电场就不是0.2.看法二：静电屏蔽时，导体内的电荷（包括内表面的电荷）不能在外界产生电场，这就是所谓的内部不能影响外部。
第四节 静电屏蔽
第十三章电场第四节静电屏蔽一、学习目标1、了解静电感应现象、静电平衡状态；2、理解电场中处于静电平衡状态下导体的特点；3、了解静电屏蔽现象及其应用。
二、重点和难点1、静电场中静电平衡状态下导体的特性即电场线分布。
2、运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因。
三、学习过程第一环节：创设情景，引入课题1、电场线的画法：电场线是由电荷出发画到2、静电感应：置于电场中的导体，导体内的自由电荷在电场力的作用下重新分布，导体两端出现等量的电荷的现象。
第二环节：目标确定，自主学习1．阅读课本P111内容第二段，区分两种电场：a、外电场E外：引起导体内自由电荷移动的电场（课本标为E）b、感应电场E感：导体内感应电荷产生的电场（课本标为E’）2. 阅读课本P111内容第二段，解决有关导体的静电平衡问题：处于电场中的导体，导体两面上感应出来的感应电荷的电场E’和原电场E叠加，使导体内合电场场强E合= 减弱，当导体内各点的合场强都等于时，导体内的自由电子不再做定向移动。
结论：a、静电平衡状态：导体中(包括表面)没有自由电荷的的状态b、处于静电平衡状态的导体,导体内部的处处为零，即E内＝0.3．静电屏蔽现象：处于静电平衡状态的导体壳，不再受外部电场的影响．第三环节：小组合作，探究解疑1．在图13-18的图甲中，为什么自由电子逆着电场线方向（向左）移动?2．导休处于静电平衡时，导体中（包括导体表面）已经没有电荷的定向移动，那先前已经移动了的电荷分布在哪里？3．在图13-18的图丙中，导体内部部分为什么没有画电场线? 你能否根据丙图中所画电场线特点判断如下题？一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正点荷，其电场分布是图中的哪一个（）4．处于静电平衡状态的导体,感应电荷的电量未知(也难知),你如何求出感应电荷在导体内某点的场强的大小和方向? 由此能否完成下题的计算？长为L的导体棒原来不带电，将一带电量为q的点电荷放在距棒左端R处，如图所示，当达到静电平衡后棒上感应的电荷在棒内中点处产生的场强的大小等于__________．第四环节：展示点评，归纳提升①展示小组代表在后黑板板书该小组要展示的题目及解答。
大学物理笔记(6)电磁学(一)静电场
大学物理笔记(6)电磁学(一)静电场contents •静电场基本概念与性质•库仑定律及其应用•电场线与等势面描绘方法•静电场中导体性质研究•静电场中绝缘体性质研究•静电场能量与能量守恒定律目录静电场基本概念与性质电荷电场电场线030201电荷与电场电场强度描述电场强弱的物理量，用E表示，单位是牛/库仑（N/C）。
电场强度是矢量，方向与正电荷在该点所受电场力方向相同。
电势描述电场中某点电势高低的物理量，用φ表示，单位是伏特（V）。
电势是标量，只有大小，没有方向。
电势差电场中两点间电势的差值，用U表示，单位是伏特（V）。
电势差是标量，有正负之分。
电场强度与电势静电场中的导体和绝缘体导体内部存在大量自由电子的金属物体。
在静电场中，导体内部电场强度为零，电荷分布在导体表面。
绝缘体内部几乎没有自由电子的物体。
在静电场中，绝缘体内部和表面都可以存在电荷。
静电平衡导体在静电场中达到稳定状态的过程。
在静电平衡时，导体内部电场强度为零，电荷分布在导体表面，且表面电荷分布与导体形状有关。
静电感应与电荷守恒静电感应当一个带电体靠近一个导体时，由于电荷间的相互作用力，导体会发生电荷重新分布的现象。
电荷守恒定律在一个孤立系统中，无论发生何种变化或相互作用，其总电荷量始终保持不变。
即电荷既不能被创造也不能被消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变。
库仑定律及其应用库仑定律表述库仑定律是描述真空中两个静止点电荷之间相互作用力的定律。
库仑定律的表述为：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线。
点电荷间相互作用力计算连续分布电荷间相互作用力计算库仑定律在实际问题中应用库仑定律在电磁学、原子物理等领域有着广泛的应用。
例如，在电场强度的计算中，可以利用库仑定律计算点电荷在空间中产生的电场强度分布；在电势差的计算中，可以利用库仑定律计算两个点电荷之间的电势差；在电容器、电阻器等电器件的设计和制造中，也需要利用库仑定律进行相关的计算和分析。
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另一部分导体上给定带电量 (混合条件)
2.应用 1)静电屏蔽
q qR R
外半径均为R的两个导体球壳 如图
腔内均有一个电量相同的点电荷
由唯一性定理知 两者壳外区域场分布相同 两球壳电势相同
2)电像法 如果在电荷附近放置一定形状的导体， 由于导体上感应电荷情况的复杂性， 直接解场不够方便。 但如果导体形状比较简单， 而且原电荷是线电荷或者点电荷， 可采用镜象法(电像法)， 算出它们的合场。
qy
4 0
1 r13
1 r23
Ez
U z
q
4 0
z a
r13
z a
r23
2)平板上电荷面密度 z 0
0Ez
2
x2
qa y2 a2
3 2
电像法小结 1)理论根据
唯一性定理 2)基本思想
在域外放置适当的电像等效导体边界上 未知的感应电荷对域内电场的影响 3)适用的对象 边界简单(球、柱、面)域内电荷简单(线、点) 4)原则 不能影响原边值
结论
腔内的场只与腔内带电体及腔内的几
何因素、介质有关
或说 在腔内 E壳外表面 E壳外 0
电量
带电体
三.静电屏蔽的装置---接地导体壳 静电屏蔽： 腔内、腔外的场互不影响
腔内场 只与内部带电量及内部几何条件 及介质有关
腔外场 只由外部带电量和外部几何条件 及介质决定
例 导体 A和B 同心放置 如图
腔内表面 腔外表面 空腔内部与壳绝缘的带电体 壳外空间与壳绝缘的带电体
结论
在腔内 E壳外表面 E壳外 0
电量
带电体
二.腔内有带电体
电量分布
Q腔内 q
表面
用高斯定理可证
q
腔内的电场 1)与电量 q 有关；
2)与腔内带电体、几何
因素、介质有关。
未提及 的问题
1)壳是否带电?2)腔外是否有带电体?
导体板上感应电荷的总量
Q q
q 原电荷 a
a U 0
q 镜像 电荷
1)求场量
P z>0r1
z
q
a
U Uq Uq
r2
oa
q
y
q q
4 0r1 4 0r2
U
q
1
1
4 0 x2 y2 (z a)2 x2 y2 (z a)2
Ex
U x
qx
4 0
1
r131 r23源自EyU yE ds 0 S
高斯定理
qi 0
i
Q内表面 0
若内表面有一部分是正电荷 一部分是负电荷
则会从正电荷向负电荷发电力线
与等势矛盾
证明了上述两个结论
注意： 未提及的问题
1)导体壳是否带电? 2)腔外是否有带电体?
说明：腔内的场与腔外(包括壳的外表面)的 电量及分布无关
一般情况 下电量可 能分布在：
欲求壳B的电 只 势需知壳外表面的带电量 和球壳B的外半径
A
RB
q
则
UB
E dl
R
q
4 0R
四.静电学边值问题的唯一性定理
1.唯一性定理 在给定的以导体为边界的区域中 若电荷分布确定 则边界上按下列条件之一给定 域内的静电场必唯一 这些条件是
条件是 1) 给定每个导体的电势 2) 给定每个导体上的总电量 3) 一部分导体上给定电势
导体壳与静电屏蔽 electrostatic shielding
导体壳的 几何结构
腔内、腔外
腔外 腔内
内表面 外表面
内表面、外表 讨面论的问题是：
1)腔内、外表面电荷分布特征
2)腔内、腔外空间电场特征
一.腔内无带电体
内表面处处没有电
荷
即 E腔内 0
或腔说内，无腔电内场电势处处相等。
? S
证明: 在导体壳内紧贴内表面作高斯面S
具体作法： 用与原电荷相似的若干点电荷或线电荷 代替实际导体上的感应电荷， 来计算原电荷与感应电荷合成的场。 这些相似的电荷称为镜象电荷。
例 无限大接地导体平板附近有一点电荷 q
求:1)点电荷一侧的场的分布
aq
2)导体表面的感应电荷面密度
解： 域内解唯一 镜象电荷与原电荷产生的 合场满足同样的边界条件