1819　電場中的導(dǎo)體

1、第4節(jié)電場中的導(dǎo)體學(xué) 習(xí) 目 標知 識 脈 絡(luò)(教師用書獨具)1知道電場強度的疊加遵循平行四邊形定則，會應(yīng)用其進行場強疊加運算(重點)2知道靜電感應(yīng)產(chǎn)生的原因及靜電平衡的概念(重點)3了解靜電屏蔽，知道靜電屏蔽的實際應(yīng)用(難點)自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知知識梳理一、場強疊加原理1概念若有幾個點電荷同時存在，它們產(chǎn)生的電場中任一點的電場強度等于這幾個點電荷各自在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和這個結(jié)論叫作場強的疊加原理2方法場強的疊加遵循平行四邊形定則3特點電場疊加具有普遍性，不僅點電荷的電場可以疊加，其他任何電場的場強都可以進行疊加二、靜電平衡與靜電屏蔽1靜電平衡(1)定義：導(dǎo)體中沒有電荷

2、移動的狀態(tài)(2)特點導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上2靜電屏蔽(1)定義：當中空的導(dǎo)體達到靜電平衡時，內(nèi)部無電場，因而導(dǎo)體的外殼會對其內(nèi)部起屏蔽作用，使它內(nèi)部不受電場影響的現(xiàn)象(2)應(yīng)用：電子儀器和電子設(shè)備外面都有金屬殼，通信電纜外面包有一層金屬網(wǎng)，高壓線路的檢修人員要穿屏蔽服等，都是利用靜電屏蔽現(xiàn)象消除外電場的影響基礎(chǔ)自測1思考判斷(1)場強疊加原理僅適用于點電荷共同形成的電場(×)提示場強疊加原理適用于所有場(2)在場強疊加區(qū)域，電場線可以相交叉(×)提示電場線是疊加場的電場線，空間不相交(3)等量同種電荷連線上，中點場強為零()(4)在電場中導(dǎo)體處于靜電

3、平衡時，導(dǎo)體內(nèi)任一點的場強為零()(5)處于靜電平衡的導(dǎo)體，凈電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上()(6)在電場中導(dǎo)體處于靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)任一點的感應(yīng)電荷的場強為零(×)提示導(dǎo)體內(nèi)合場強為零(7)靜電屏蔽就是空腔導(dǎo)體把電場擋在了外面(×)提示是因感應(yīng)電荷的場與原來空間場疊加，而使空腔內(nèi)合場強為零2對于處在靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，下列說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號：46242039】A導(dǎo)體內(nèi)部既無正電荷，又無負電荷B導(dǎo)體內(nèi)部和外表面處的電場強度均為零C導(dǎo)體處于靜電平衡時，導(dǎo)體表面的電荷代數(shù)和為零D導(dǎo)體內(nèi)部電場強度為零是外加電場與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場疊加的結(jié)果D導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時，其內(nèi)部

4、無凈電荷，即其正、負電荷總量相等，電荷量為零，其表面處有凈電荷，以至于該處電場強度不為零，導(dǎo)體表面的電荷代數(shù)和不一定為零，故選項D正確合 作 探 究·攻 重 難電場強度疊加原理的理解1.場強疊加的適用條件：場強的疊加原理不僅適用于幾個點電荷的電場疊加，也適用于勻強電場和非勻強電場的疊加，都遵從平行四邊形定則2某點場強的疊加：電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和場強的疊加遵循平行四邊形定則，如圖1­4­1甲所示圖1­4­13均勻帶電球周圍的場強：均勻帶電球體(或球殼)外各點的電場強度：Ek，式中r是球心到該點的距離(r

5、R)，Q為整個球體(或球殼)所帶的電荷量，如圖1­4­1乙所示如圖1­4­2所示，邊長為L的正方形的四個頂點A、B、C、D處依次放置有點電荷2Q、2Q、Q、2Q，試求正方形的中心O點處的場強圖1­4­2思路點撥：先求出四個點電荷在O點處分別產(chǎn)生的電場強度，再進行矢量合成解析B、D兩點處的點電荷在O點處產(chǎn)生的場強大小相等，方向相反，合場強為零A點處的點電荷在O點處產(chǎn)生的場強大小為EAkk，方向沿OA連線指向A.C點處的點電荷在O點處產(chǎn)生的場強大小為ECkk，方向沿OC連線指向C.A、C兩點處的點電荷在O點處產(chǎn)生的場強方向相反綜上所述，O

6、點處的合場強為EEAECk，方向沿OA連線指向A.答案k，方向沿OA連線指向A計算合場強的三點注意(1)明確有幾個場源(2)分析各個場源在所考查的位置或空間激發(fā)電場的大小和方向(3)根據(jù)場強疊加原理，多個場源激發(fā)電場的合電場強度等于各個電場單獨存在時，在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和針對訓(xùn)練1如圖1­4­3所示，真空中，帶電荷量分別為Q和Q的點電荷A、B相距r，則：圖1­4­3(1)點電荷A、B在中點O產(chǎn)生的場強分別為多大？方向如何？(2)兩點電荷連線的中點O的場強為多大？(3)在兩點電荷連線的中垂線上，距A、B兩點都為r的O點的場強如何？ 【導(dǎo)學(xué)號：462

7、42040】甲解析(1)如圖甲所示，A、B兩點電荷在O點產(chǎn)生的場強方向相同，均由AB，A、B兩點電荷在O點產(chǎn)生的電場強度大小EAEB.(2)O點的場強為EOEAEB，方向由AB.乙(3)如圖乙所示，EAEB，由矢量圖所形成的等邊三角形可知，Q點的場強EOEAEB，方向由AB.答案(1)，方向由AB，方向由AB(2)，方向由AB(3)，方向由AB靜電平衡的理解及應(yīng)用1.靜電平衡的實質(zhì)靜電平衡的實質(zhì)是外電場和感應(yīng)電荷的電場的疊加靜電平衡時附加電場E與外電場E0，方向相反、大小相等，導(dǎo)體內(nèi)各位置的合場強為零，自由電荷所受合力為零2對靜電平衡的理解(1)靜電平衡是自由電荷發(fā)生定向移動的結(jié)果，達到靜電平

8、衡狀態(tài)時，內(nèi)部場強處處為零，自由電荷不再發(fā)生定向移動(2)金屬導(dǎo)體達到靜電平衡狀態(tài)的時間是非常短暫的3導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)的特點(1)導(dǎo)體內(nèi)沒有電荷的定向移動(2)內(nèi)部場強處處為零(3)導(dǎo)體表面上任何一點的場強方向都跟該處表面垂直(4)凈電荷只分布在導(dǎo)體表面(“凈”即導(dǎo)體中正負電荷中和后凈剩的意思)，且越尖銳處電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有凈電荷處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部電場強度處處為零的原因是()A導(dǎo)體內(nèi)部無任何電場B外加電場不能進入導(dǎo)體內(nèi)部C所有感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的合電場強度為零D外加電場和所有感應(yīng)電荷的電場在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的結(jié)果為零D處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部電場強度處處為零是

9、感應(yīng)電荷的電場與外加電場疊加的結(jié)果，故選項D正確對靜電平衡中“內(nèi)”與“合”的說明“內(nèi)”僅指導(dǎo)體內(nèi)部，導(dǎo)體的表面上的場強是否為零應(yīng)看此表面是否分布凈電荷“合”是指內(nèi)外電場(即外部電場與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場)的矢量和針對訓(xùn)練2在電荷量為Q的點電荷的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓盤平面與點電荷在同一平面內(nèi)，則圓盤上感應(yīng)電荷在圓盤中A點所激發(fā)的附加場強E的方向在下列選項中正確的是()A感應(yīng)電荷在圓盤中A點激發(fā)的附加場強E應(yīng)與點電荷在A點產(chǎn)生的場強等大反向，選項A正確靜電屏蔽的理解及應(yīng)用1.靜電屏蔽的兩種情況屏蔽外電場屏蔽內(nèi)電場圖示實現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合

10、場強為零，達到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當空腔外部接地時，外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡2.靜電屏蔽的實質(zhì)利用靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)的感應(yīng)電荷的電場和外加電場的矢量和為零，好像金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內(nèi)兩種電場并存，矢量和為零而已如圖1­4­4所示，A為空心金屬球，B為金屬球，A、B原來不帶電，將另一帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央，不接觸A球，然后用手接觸一下A球，再用手接觸一下B球，再移走C球，則(

11、)圖1­4­4AA球帶負電荷，B球帶正電荷BA球帶負電荷，B球不帶電CA、B兩球都帶負電荷DA、B兩球都帶正電荷思路點撥：對靜電屏蔽問題的分析，關(guān)鍵是抓住靜電平衡的特點，區(qū)分兩種屏蔽現(xiàn)象，認清感應(yīng)電荷的分布B首先帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象可知，A球內(nèi)表面帶負電荷，外表面帶正電荷，用手接觸A相當于把A接地，由大地傳導(dǎo)過來的電子與A球外表面正電荷中和，使A球外表面不帶電，此時A球?qū)ν馄痨o電屏蔽作用，A球內(nèi)的電場不影響外部用手接觸B時，無電荷移動，B球不帶電當帶正電荷的C球從A球內(nèi)移走后，A球內(nèi)表面所帶的負電荷移至外表面，所以此時A球帶負電荷由上述可

12、知，選項B正確針對訓(xùn)練3如圖1­4­5所示，放在絕緣臺上的金屬網(wǎng)罩B內(nèi)放有一個不帶電的驗電器C，如把一帶有正電荷的絕緣體A移近金屬罩B，則()圖1­4­5A在B的外表面無感應(yīng)電荷B在B的內(nèi)表面將帶上正電荷C驗電器的金屬箔片將張開D驗電器的金屬箔片不張開D靜電平衡時，B的外表面將出現(xiàn)感應(yīng)電荷，選項A錯誤；處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體凈電荷只能分布在外表面上，選項B錯誤；由于靜電屏蔽，金屬網(wǎng)罩內(nèi)電場強度為零，故C上無感應(yīng)電荷，驗電器的金屬箔片不會張開，選項C錯誤，選項D正確當 堂 達 標·固 雙 基1如圖1­4­6所示，用起電機使金

13、屬鳥籠帶電，站在金屬架上的鳥安然無恙，且不帶電，其原因是()圖1­4­6A鳥的腳爪與金屬架絕緣B鳥能承受的安全電壓比較高C起電機使籠帶電，籠的電勢不會很高D鳥籠內(nèi)部場強為零，電荷分布在籠的外表面D金屬鳥籠起到靜電屏蔽的作用，內(nèi)部場強為零，電荷分布在籠的外表面故D項正確2如圖1­4­7所示，AC、BD為圓的兩條互相垂直的直徑，圓心為O，將帶有等量電荷q的正、負點電荷放在圓周上，它們的位置關(guān)于AC對稱要使圓心O處的電場強度為零，可在圓周上再放置一個適當電荷量的正點電荷Q，則該點電荷Q應(yīng)放在()圖1­4­7AA點BB點CC點 DD點D由電場的疊加原理和對稱性可知，q、q在O點的合場強方向應(yīng)沿OD方向，要使O點的合場強為零，放上的電荷Q在O點的場強方向應(yīng)與q、q在O點的合場強方向相