谈谈“导体中的电场”

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1、谈谈“导体中的电场”　　雷鸣电闪时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光。这是为什么？这还要从导体中的电场谈起。　　当有带电体存在时，其周围就伴随有一个电场，电场的基本性质是对放入其中的电荷产生力的作用，因此物理学上把放入电场中某点的电荷所受的静电力F跟它的电量Q的比值叫做该点的电场强度E；而电场中某点正电荷所受静电力方向规定为该点的电场强度方向，按照这个规定，负电荷在电场中某点所受的静电力方向跟该点的电场强度方向相反。　　如果场源电荷不只是一个点电荷，电场中某点的电场强度

2、为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和，即电场强度的叠加。例如，图1中P点的电场强度等与+Q1在该点产生的电场强度E1与-Q2在该点产生的电场强度E2的矢量和。　　一、静电场　　静止电荷产生的电场，称为静电场。静电场的性质为：（1）引入静电场中的任何带电体都要受到电场所施加的力的作用，库仑力实际上就是这种电场力；（2）当引入静电场中的带电体在电场中移动时，电场力就对它做功。　　常见的静电场有：　　二、静电平衡的导体5　　1.静电平衡的基本原理　　如图3所示，导体刚放入电场中的瞬间，导体中的自由电荷受电场力F=Eq的

3、作用，产生定向运动，向导体两端积累，同时在导体中产生一个附加电场E′，这个电场的场强E′与外电场的场强E0方向相反。导体内部各点的总场强应是E′和E0的叠加。　　起初，E′

4、此结束。我们把导体上没有电荷做定向运动的状态，称为静电平衡状态。　　2.静电平衡状态的特性　　原来不带电的导体，当放入电场中，达到静电平衡状态时，表现出的特性为：　　（1）导体内部的场强处处为零。　　（2）导体是一个等势体，表面是一个等势面。　　（3）导体表面任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。　　（4）净电荷只能分布在外表面上。　　具体分析过程如下：　　导体刚放入电场中的瞬间，导体中的自由电荷受电场力F=Eq的作用，产生定向运动，向导体两端积累，同时在导体中产生一个附加电场E′5，使自由电荷又受电场力F′=qE′，F和

5、F′方向相反；当E=E′时，导体内合场强为零，导体内部的场强处处为零。　　因为E内=0，所以在导体上的任意两点间移动电荷时，电场力不做功。所以，导体是一个等势体，表面是一个等势面。既然表面是一个等势面。所以，导体表面任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。　　若单个导体带电时可以认为导体处于所带电荷形成的电场中，也能发生感应，达到静电平衡状态，①E内=0，②导体为一等势体，表面为一等势面，既然E内=0，所以导体内就没有未被抵消的净电荷，净电荷只能分布在外表面上。　　三、动态平衡状态　　有A、B两个导体，分别带正、负电荷，从上

6、面的内容可以知道，它们的周围存在着电场。如果在它们之间连接一条导线R，如图4，导线R中的自由电子便会在静电力的作用下定向运动，B失去电子，A得到电子，周围电场迅速减弱，A、B之间的电势差很快就消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡，如图5所示。在这种情况下，导线R中只可能存在一个瞬时电流。　　倘若在A、B之间连接一个装置电源P，如图6所示，它能源源不断地把经过导线R流到A的电子取走，补充给B，使A、B始终保持一定数量的正、负电荷，这样，A、B周围空间（包括导线之中）始终存在一定的电场，A、B之间便维持着一定的电势差。由

7、于这个电势差，导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由B经过R向A定向移动，使电路中保持持续的电流。5　　在有电源的电路中，导线内部的电场强度有什么特点呢？　　如图7所示，在电源正、负极之间连接一条粗细均匀的导线R。在这之前，正、负极间的电场线如图中带箭头的曲线所示，电场线的形状并不与导线吻合。我们把方框中的一小段导线及电场线放大，画成图8。图中F表示电源正、负极产生的电场对导线内某自由电子的作用力。把F分解为平行于导线的分力Ft和垂直于导线的分力Fn。Ft使自由电子沿导线方向定向移动形成电流，Fn只使自由电子向图中导

8、线M这一侧聚集，使导线的M侧堆积了负电荷，N侧失去部分电子而堆积了正电荷。这些堆积的电荷产生了由N指向M的电场E′，E′和电源电场E0的叠加使得导线中的电场线方向变得更接近于和导线平行，如图9所示。如果不平行，上述堆积电荷的过程还将继续下去。因此，最终达到动态平衡的时候，由电源和导线上的堆积电荷共同形成的合电场，在导