怎样解决静电平衡问题(精)
静电平衡
1.3.2专题：静电平衡【教学三维目标】1．知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态2．理解静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零3．知道静电屏蔽及其应用【重点难点】静电平衡状态电场中导体的特点【教学方法】推理归纳法、问题解决法、实验法【教具准备】验电器、法拉第圆筒、有绝缘柄的金属球一个、金属网罩、收音机、感应起电机、导线若干【教学过程】(一)复习提问1、什么是静电感应现象？2、静电感应现象的实质是什么？3、在静电感应时用手摸一下导体，再移走源电荷，则导体带什么电？若将导体接地则情况如何？左端接地呢？(二)新课教学一、电场中的导体1、 金属导体的特征：由做热振动的正离子和做无规则热运动的自由电子组成2、 静电感应现象问题：在源电荷的电场中引入金属导体后会对空间各点的场强有影响吗？ 是什么作用使金属内的电子定向移动的？此移动一直进行吗？金属导体内部有电场吗？答：使空间电场重新分布源电荷的电场使导体内部自由电子定向移动静电平衡状态：导体（包括表面）中没有电荷定向移动时的状态叫静电平衡状态4、静电平衡状态下导体的特点：⑴内部场强处处为零（不为0则自由电子将继续移动直至合场强为0）⑵导体中没有自由电荷定向移动⑶净电荷分布在导体表面实验证明：法拉第圆筒实验⑷导体表面附近电场线与表面垂直理论证明：中性导体带电后，由于同种电荷相互排斥，净电荷只能分布在表面 反证法：若内部有自由电荷，则内部场强不为0，导体就不是处于静电平衡状态5上图空间实际电场分布，不会出现虚线电场线二、静电屏蔽1、空腔导体的特点：净电荷只分布在外表面，内表面不带电，空腔内没有电场2、 静电屏蔽外部电场对内部仪器没有影响 若将源电荷置于空腔内，则外对内没有影响，但内对外有影响实验演示：将收音机置于金属网罩内则声音大小减小若将球壳接地，则内外各不影响3、 应用电学仪器和电子设备外面套有金属罩通信电缆版面包一层铅皮高压带电作业人员穿金属网衣通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱(三)巩固练习例1：如图所示，在一个原来不带电的金属导体壳的球心处放一正电荷，试分析A 、B 、C 三点的场强：BA ．E A ≠0 ，EB =0 ，EC =0B ．E A ≠0 ，E B ≠0 ，EC =0C ．E A ≠0 ，E B ≠0 ，E C ≠0D ．E A =0 ，E B ≠0 ，E C =0例2：如图所示，A 、B 是两个架在绝缘支座上的金属球，都不带电，中间用导线连接，现用一带正电的小球C 靠近B ，用手摸一下B 球，再撤去导线，然后移走C 球，则A 、B 带电情况：A ．A 球带正电，B 球带负电 B ．A 球带正电，B 球不带电C ．A 球不带电，B 球带负电D ．以上说法都不正确例3：长为L 的金属棒原来不带电，现将一带电荷量为q 的正电荷放在距棒左端R 处且与棒在一条线上，则棒上感应电荷在棒内中点O 处产生的场强的大小 ，方向 。
静电解决方案
静电解决方案静电是我们日常生活中常遇到的问题之一。
在一些特定的环境下，静电可以给我们带来烦恼，比如电子设备损坏、电击现象等。
因此，解决静电问题成为了一个重要的课题。
本文将探讨一些常见的静电解决方案，以期能够提供一定的参考和启发。
一、防止静电产生的方法之一是通过环境控制。
我们知道，静电的形成主要是由于物体的摩擦和接触，因此我们可以采取一些措施来减少这些因素。
一方面，我们可以使用防静电材料来减少摩擦和接触时的电荷积聚。
这些材料通常具有导电性能或者抗静电特性，可以有效地消除电荷。
另一方面，调节相对湿度也是一种有效的方法。
低湿度环境容易使物体表面失去湿润，从而增强了静电的产生和积聚。
适当地提高湿度可以减少静电现象的发生。
二、除了通过环境控制来解决静电问题，还可以采用一些电气设备来进行干预。
例如，我们可以使用静电消除装置来降低静电的积聚。
这种装置通常通过放电的方式来中和物体表面的电荷，从而达到消除静电的目的。
此外，一些电气设备也可以通过引入适当的电荷来中和物体表面的静电电荷。
这种方法有效地减少了静电现象的产生。
三、除了上述的方法之外，还有一些其他的静电解决方案值得我们关注。
例如，人们可以采用跳跃电极技术来解决静电问题。
这种技术利用了电场的作用，在物体表面引入电极，从而改变电场分布，达到减少静电现象的目的。
此外，人们还可以使用接地设备来将物体与地面连接起来，从而有效地中和物体的静电电荷。
这种方法简单易行，可以广泛应用于许多场合中。
对于特定行业来说，静电问题可能具有更高的敏感度和重要性。
例如，在电子行业中，静电可以对电子元器件造成严重的损害。
因此，电子行业通常采用一些专门的防静电措施，如静电消除器、抗静电包装材料等，以保护电子设备的完整性和功能。
此外，一些行业还会严格控制工作区域的湿度和温度，以确保静电问题的最小化。
总结而言，静电问题是一个我们不可忽视的日常生活问题。
它既可能影响我们的健康和安全，也可能对行业生产造成不良的影响。
解决静电平衡的方法
学的一项重要任务。根据美术教学以欣赏 辅导某一作品临摹或某一实景写生时，教 的中国历代以来各种代表性的美术作品及
美、表现美和创造美为主的特点，在中学美 师可围绕作品外在形式的美、围绕其写生 图片资料。这些教材中，又有大量的内容蕴
术课的教学中，对学生进行爱国主义教育 场景，结合直观演示向学生讲解中国画艺 含着爱国思想情感因素，可谓是进行爱国
国画是我国历史悠久的传统绘画，为东方 美术作品的情况，使他们对祖国极其丰富 教学情景，寓爱国主义教育于欣赏教学和
绘画的主流，它在材料、题材和技法上具 的古代文化和艺术遗产有一个初步的认 技法教学之中，提高课堂教学和思想教育
有鲜明的民族特点。在中国画技法教学中 识，引导学生去理解、领会和感受艺术的 实效，这是每位教师应该重视的。
解决静电平衡的方法
◆颜朝晖
在静电场的知识中，分析解决这类问题一般要经历以下三个
同时应注意电场对导体电荷分布的影响，除正、负电荷的分
思维过程才能真正透彻理解静电平衡，做到灵活的应用知识。 布，还有感应电荷电量的变化。如图 1 中，导体在移近固定的正电
一、了解导体电荷的分布情况
荷的过程中，感应电荷有何变化？
理解、感受和想象进而来塑造形象的过程 艺术角度来加深理解、掌握传统绘画的表
由上可见，在美术欣赏课与技法课教
中，培养他们对传统民族美术的兴趣和爱 现手法及技能技巧。
学中，对学生进行爱国主义教育的途径是
好，培养他们继承ห้องสมุดไป่ตู้扬民族传统文化的思
二、欣赏课教学中的爱国主义教育
十分广泛的，还可以在雕塑、工艺、年画、书
把一个不带电的导体放入电场，导体中的自由电荷在电场力
另外还有孤立带电导体电荷分布及导体形状对它的影响，孤
理清解决静电平衡问题的思路
理清解决静电平衡问题的思路作者：宋红来源：《课程教育研究》2017年第50期在静电场的知识中，导体进入电场发生静电感应现象，达到静电平衡状态，这部分内容定性分析多于定量计算，学生往往感到知识抽象，分析问题困难。
正因为这部分知识抽象就更应该注重知识的形成过程，仅仅记住几个结论是远远不够的，头脑中要有正确、清晰的形成和达到静电平衡状态的动态、静态的物理图景，分析解决这类问题一般要经历以下三个思维过程才能真正透彻理解静电平衡，做到灵活应用知识。
一、了解导体电荷的分布情况把一个不带电导体放入电场中，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生移动，电荷重新分布，即感应出正、负等量异种电荷，分居导体的两端，因电荷重新分布而使电场发生改变，在讨论静电平衡的导体时，往往应该首先关心电荷在导体表面的分布情况，其目的是为了进一步了解静电平衡导体周围的电场。
例如不带电的导体或空腔导体放入电场中时，电荷的分布，如图1-4所示。
同时应注意电场对导体电荷分布的影响，除正、负电荷的分布，还有感应电荷电量的变化。
如图1所示中，导体在移近固定的正电荷的过程中，感应电荷有何变化？另外还有孤立带电导体电荷分布及导体形状对其的影响，孤立带电导体的静电荷由于静电斥力的作用尽量分布在外表面，向外突出的地方曲率大且曲率为正，电荷分布较密，比较平坦的地方电荷分布较疏，向里凹进的地方，曲率为负，电荷分布最疏如图5所示。
二、描绘静电平衡导体周围空间的电场，分析场强和电势了解了导体表面的电荷分布，学习了静电平衡导体的特点（内部的场强必定处处为零，整个导体是等势体，导体表面是一个等势面），更理解其深刻内涵，静电平衡的导体内部场强是外电场和感应电荷电场的合场强；导体表面各点电势相等，电场线必垂直等势面，所以电场线一定垂直于导体表面；由于导体引入电场。
它的电荷重新分布，它将改变电场的电场线和等势面的分布。
例如，把一个不带电导体球引入两平行板间的匀强电场后，两平行板间的电场发生了改变，如图6、7所示。
4.1导体的静电平衡条件(精)
静电平衡的形成：
E0
+ + E＝0 + + +
E
E内=0， E表面 表面 静电平衡的条件： 导体内部 E内=0， E表面 表面。
导体成为等势体，表面成为等势面。
2
4.2 静电平衡的导体上的电荷分布 一、导体内部净电荷处处为零，电荷只能分布 在表面上。 E in 0, Ein dS indv 0
尖端放电
【演示实验】 尖端放电
7
雷击尖端
8
4.3 有导体存在时静电场的分析与计算
电荷守恒、静电平衡条件、高斯定理
【例】面电荷密度为 0 的无限大绝缘板旁，有一 无限大的原不带电的导体 平板。求静电平衡后导体 板两表面的面电荷密度。
9
E n
0
S
S
S 0 S E S 0 E 0
Ein 0
n
E
【思考】场强E只由电荷 S 产生吗？
6
三、 孤立导体处于静电平衡时，表面曲率大 处，面电荷密度大—电场强度大。
静电平衡导体
4.1 导体的静电平衡条件 电场一般利用带电导体形成。 有导体存在时电场的性质？ 只讨论各向同性、均匀的金属导体。
金属导体：存在大量可自由移动的自由电子， 自由电子对电场变化响应很快（10－19s）。 静电平衡：导体放入电场 自由电子定向运 动 改变导体电荷分布 改变电场 · · · · 导体内部和表面无自由电荷的定向移动 —称电场和导体之间达到静电平衡
V 可任取，则 in 0 ( Ein in 0 0, in 0 )
实心导体，电荷只分布在表面上。 有空腔的导体 如果腔内无带电体，则电荷只分布在导体外 表面上，内表面无电荷。 3
利用电场线解决导体静电平衡问题
利用电场线解决导体静电平衡问题作者：王宏理来源：《中学生数理化·教研版》2009年第07期导体静电平衡问题是高中物理的一个难点，在教学中限于中学阶段的知识结构不容易给学生讲清楚．利用电场线这一形象工具，可以使静电平衡问题的讨论方便很多．下面举例说明这种方法．在说明这种方法之前有必要先介绍一下电场线的两个基本性质.性质1 电场线发自正电荷(或无穷远)，终于负电荷(或无穷远)，在无电荷处不中断．从正电荷q发出(或终止于负电荷－q )的电场线条数为0.性质2 电场线不构成闭合曲线（或表述为:电场线上各点的电势沿电场线方向不断减小）．事实上，电场线的这两个性质正是静电场高斯定理和环路定理在一定程度上的形象体现．例1 证明感应电荷q总是小于等于施感电荷Q．证：如图1，A带正电，B为中性导体．静电平衡时，由电场线性质1，B左端一定有电场线终止．这些电场线的来源只有三种可能：（１）A上的正电荷；（２）B右端的正电荷；（３）无穷远．假设终于B左端的电场线发自B右端的正电荷．由电场线性质2，同一条电场线上不能有电势相等的点，于是B的左右两端电势不相等．这与导体在静电平衡时是等势体的结论矛盾．可见第（２）种可能性不成立．再假设终于B左端的电场线发自无穷远．由电场线性质2，有．另一方面，B右端的正电荷发出的电场线既然不能终于B左端的负电荷，就只能终于无穷远，于是有，与矛盾．可见第（３）种可能性也不成立．这样，就可以肯定终于B左端的电场线全部发自A上的正电荷．由电场线性质1，终于B左端的电场线条数为，发自A的电场线条数为．一般来说，施感电荷发出的电场线总有一些不终于B的左端．故往往有q例2 处于静电平衡的中性导体瞬间接地，总是远端电荷被中和．证：如图2，设施感电荷为正电荷．发自B右端的电场线只有两种可能的终止处，（１）B左端的负电荷；（２）无穷远．假设发自B右端的电场线终于B的左端．由电场线性质2，B左﹑右两端电势不相等．这与静电平衡时导体是等势体相矛盾．所以第（１）种可能性不成立．那么，发自B右端的电场线只能终于无穷远，即．通常认为大地与无穷远等电势．所以，在接地瞬间自由电子从电势低的大地流向电势高的导体，正电荷（远端电荷）被中和．当施感电荷是负电荷时，同样可以证明也是远端电荷被中和．例3 封闭导体壳内无带电体时，无论壳外带电体情况如何，壳内空间场强为零．证：如图３，假设壳内有一点P的场强不为零，就可以通过它作一条电场线，这条电场线既不能在无电荷处中断又不能穿过导体（静电平衡时，导体内部场强为零），就只能起于壳内壁的某一点而终于另一点．这两点既然在同一电场线上，电势就不能相等．而这与导体是等势体相矛盾．可见壳内空间各点场强为零．例4 接地的封闭导体壳外部空间无带电体时，无论壳内带电体情况如何，壳外空间场强为零．证：如图４，要证明上述结论，只须证明导体壳的外部空间不能存在电场线即可．由于导体壳是等势体，同一条电场线不能起于壳外壁某一点而终于另一点．同样，整个（物理上的）无穷远区是等势区，同一条电场线也不能起于无穷远而终于无穷远．那么，壳外如果有电场线，只能起于壳外壁终于无穷远或相反．而当壳接地时，这也是不可能的（通常认为大地与无穷远等电势）．可见，这种情形下，壳外空间不可能存在电场线，所以场强处处为零．上面我们利用电场线这一形象工具，讨论了有关导体静电平衡的几个基本问题．可以看到，这种方法的好处是在定性讨论的范围内言之有据，避免了一些“想当然”的错误．同时，对于培养学生的抽象思维能力、逻辑分辨能力也很有帮助．。
静电平衡的情况
静电平衡的情况全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：静电平衡在我们日常生活中很常见，它其实是一种静电的现象。
在物体表面或处在不同状态的物体之间，由于摩擦或其他原因，可能会产生正、负电荷。
当这些电荷在物体表面分布均匀时，就达到了静电平衡。
下面我们就来详细了解一下静电平衡的情况。
我们需要了解什么是静电？静电是指物体之间由于电荷分布不均匀而产生的电现象。
通常情况下，物体的原子和分子是由正负电荷构成的，当它们分布不均匀时，就会产生静电现象。
当我们梳头发或穿脱衣服时，就会产生静电，头发被梳过后会吸引一些小东西，这就是静电的体现。
静电平衡指的是一个物体内部或表面的正、负电荷分布均匀，使得物体整体呈电中性状态。
这种状态下，物体不会表现出明显的静电现象，也就是说没有电荷聚集或流动的现象。
静电平衡的情况有很多种，最常见的情况是通过接地或对接触物体进行处理来实现静电平衡。
当一个带有正电的物体通过接地或与一个带有负电的物体接触后，正负电荷会互相吸引，直到两者达到电中性。
这样，物体内部的电荷分布就会达到平衡状态。
静电平衡也可以通过适当设计或防护措施来实现。
在电子生产中，通过在设备表面喷涂特殊的涂层或放置抗静电垫来防止静电积聚，从而实现静电平衡。
这些措施可以有效减少静电对设备的影响，保证设备的安全运行。
静电平衡不仅在工业生产中起着重要作用，在日常生活中也同样重要。
电子产品的使用过程中容易受到静电干扰，如果没有静电平衡保护，可能会导致设备损坏或故障。
正确理解和处理静电平衡是非常重要的。
静电平衡是一种重要的物理现象，它在日常生活和工业生产中都有重要的应用。
通过适当的处理和防护措施，可以有效实现静电平衡，避免静电带来的负面影响。
希望每个人都能认真对待静电平衡问题，保障设备和人员的安全。
【本段文字共457字】接下来我们再来看一些关于静电平衡的案例和应用。
在化工领域，静电平衡是非常重要的。
在生产过程中，由于化学原料之间的摩擦或接触等方式，容易产生静电，并且这些静电可能会引发火灾或爆炸。
带电导体静电平衡
带电导体静电平衡
带电导体静电平衡是指当一个导体带有静电荷时，其内部电场和外部电场达到平衡状态的现象。
这种平衡状态是由于导体内部的自由电子在电场作用下移动，使得导体内部电荷分布达到均衡，从而抵消外部电场的作用。
在带电导体静电平衡的状态下，导体表面的电荷密度是均匀的，且电场强度在导体表面处垂直于表面。
这种平衡状态对于电学实验和应用非常重要，因为它可以保证实验结果的准确性和设备的正常运行。
在实际应用中，带电导体静电平衡的状态可以通过以下几种方式实现：
1. 通过接地消除静电荷：当一个带有静电荷的导体与地面相连时，导体内部的自由电子会流向地面，从而消除导体表面的静电荷，使得导体达到静电平衡状态。
2. 通过电场屏蔽实现静电平衡：当一个带有静电荷的导体被放置在另一个带有相反电荷的导体附近时，两个导体之间会形成电场屏蔽，从而使得导体内部的电荷分布达到均衡，达到静电平衡状态。
3. 通过电容器实现静电平衡：当一个带有静电荷的导体与另一个带有相反电荷的导体之间形成电容器时，两个导体之间会形成电场，从而使得导体内部的电荷分布达到均衡，达到静电平衡状态。
带电导体静电平衡是电学实验和应用中非常重要的现象，它可以保证实验结果的准确性和设备的正常运行。
在实际应用中，我们可以通过接地消除静电荷、电场屏蔽和电容器等方式实现静电平衡状态。
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怎样解决静电平衡问题
高中物理教学中有关静电平衡问题是学生学习物理知识遇到的一个难点，主要是学生对静电平衡定义不能正确理解和对静电平衡的综合题的正确分析。
在平时的教学中，为了使学生能够较容易掌握本部分知识，我总结出了此部分知识的教学方法和思路，谨供参考：
－、静电平衡是指导体中（包括表面）没有电荷的定向移动的状态。
主要分两种情形讨论：
1．导体处于外电场的情形。
无论导体是否带电，一旦其处于外电场中，在外电场E的作用下，导体内的自由电子受到电场力的作用，将向着电场的反方向做定向移动，因而产生的感应电荷所附加的感应电场E 0与外电场E相反，E 0阻碍导体内的自由电子的定向移动。
只要E＞E 0，电子仍将定向移动，直到E＝E 0，导体中的自由电荷才会停止定向移动；此时E＝E 0，且方向相反，即合场强为零，没有电荷定向移动，即达到了静电平衡状态。
但值得注意的是静电平衡只是宏观上停止了定向移动，导体内部的电荷仍在做无规则的热运动，只是静电平衡时电荷只分布在导体表面，表面为等电势且内部电场强度是稳定为零。
2．孤立带电导体。
在没有外电场中的带电导体平衡时，同样其内部各点的场强E一定为零，否则只要导体中的电场不为零，导体中的电荷就会发生定向移动，这样就意味着导体未达到静电平衡状态。
通过对导体处于电场中出现静电平衡和孤立带电导体问题的分析，可知静电平衡具有以下的性质：
1．导体内部场强处处为零。
外场强与感应场强大小相等，方向相反，相互叠加后为零。
但导体表面的场强是存在的。
2．导体是一个等势体，整个表面为等势面。
导体为等势体，但电势不一定为零，一般认为无限远处电势为零。
3．净电荷仅分布在导体的表面上，一个孤立带电体，表面电荷分布密度与表面的曲率半径大小有关。
相同条件下，曲率半径越大的地方，净电荷分布越多。
二．如何巩固所掌握的知识并加以应用。
应找一些典型的例题，通过例题的分析，不但能够加深所学习的静电平衡知识同时也能够加强学生对典型静电平衡问题解决的基本方法和思路。
为了加强学生的基本能力的培养，我选择了三种典型静电平衡问题的解析。
1．强化基础知识应用能力
例1．如图所示，A为绝缘的带正电导体球，B为绝缘的不带电导体，现让B靠近A，当导体B处于静电平衡时，若用一导线连接B的两端，导线中有自由电子的定向移动吗？
分析与解：同学们根据所学的知识进行分析时，发现部分同学认为由于A的存在，所以B达到静电平衡状态，左端产生感应负电荷，右端产生感应负电荷，当用一导线连接时，左右正负电荷应中和，所以导体自由电了由左端向
右端定向移动。
这是学生常犯的错，错误在于学生虽然理解了静电平衡的产生，但没注意静电平衡时，导体是一等势体，左右不会出现电势差，不会产生自由电子的定向移动。
通过此题的分析让学生通过自己所学的知识进行了实际应用，使学生对静电平衡有了更深的认识，同时也让其意识到了应用知识的不足之处。
2．强化基本解题方法和能力的训练。
在静电场中，关于金属导体接地的问题是一个常见但又难以理解的物理问题，对于这类问题应采取什么样的方法去解决以及这类问题有哪些常见的解决方法。
例2．如图所示，带正电荷的绝缘金属导体A附近放有一个不带电的绝缘金属体B，因此在B的左右端分别感应出等量的负电和正电荷。
（1）为何受到静电感应的导体B无论它何处接地，被中和掉的总是处于远端的与A电荷同种的感应电荷？（2）A、B保持不动，把接地后的导线再断开，B的电势为何仍保持不变？
分析与解答：
对于第一个问题可以从两个角度去分析：
1．静电平衡法。
无论B的何处与大地相接，地球与B都可看成是一个导体，这个导体靠近A的近端为B的左端，远离A端的位置在地球的另一端无穷远处。
当这个导体在A电荷产生的电场中达到静电平衡时，在B端的左端感应出负电荷，而在这个导体的另一端即地球的另一端感应出正电荷，而导体的其余部分并没有多余的电荷，所以除了导体的两极外都处于电中性。
所以在接地的瞬间，B右端的正电荷全部转移到地球的另一端，B导体的右端变为中性。
2．电势法。
由于B处于带正电荷A产生的电场附近，故它的电势为正，大于地球的电势0V。
当B导体与大地接通瞬间，电流要由高电势流向低电势，即B导体右端的正电荷都转移到了地球上，或者说大地的负电荷转移到了B导体上，使大地的无穷远处带了正电荷。
所以B导体左端带负电荷而右端不带电。
同样对于第二个问题也可以从两个角度去分析在断开后B的电势是否变化。
1．综合分析法。
当导体B与地球相接后，外场强和感应场强使得导体B 中的场强处处为零，电势处处相等，B中的自由电荷因不受电场力而处于平衡状态。
所以这些与是否与大地断开无关。
且与大地断开后，B中的电荷分荷分布不变，A、B间距不变，可知A、B间的电势差也保持不变，所以断开后，B导体的电势和接地前一样仍为零。
2．假设法。
若B导体与大地断开后，B导体的电势变高，那么再次与大地接通后，B导体上的正电荷将继续向大地转移，使得B导体上的净负电荷量增加，那么多次断开和接通将使B导体积累的负电荷越来越多。
如果导体与大地断开后，B导体的电势变低，那么再次与大地接通后，B导体
上的正电荷增多。
通过两种假设论证可知这两种假设都不成立，所以B的电势仍保持不变。
三、及时总结本节课学习的基本知识和基本方法的应用。
通过对知识和方法的总结可以加深学生对所学知识的理解，同时使得学生在掌握基础知识的同时也能够掌握解决此类问题的基本方法。
为培养学生的独立思维和解题的能力奠定了一定基础，同时学生通过所掌握的解题方法，可以解决同样类型的一系列问题。