1、第4节 电场中的导体,海口华兴学校 任汉鑫,课标定位 学习目标：1.知道场强的叠加原理，并会根据叠加原理进行简单运算 2知道静电感应产生的原理，知道静电平衡状态及其特点 3知道静电屏蔽及其应用 重点难点：1.静电平衡状态与静电屏蔽现象的理解 2静电平衡状态的推理过程,核心要点突破,课堂互动讲练,知能优化训练,第4节电场中的导体,课前自主学案,课前自主学案,一、场强叠加原理 如果有几个点电荷同时存在，根据场强的定义和库仑力的可叠加性，可知电场中任一点的电场强度等于这几个点电荷各自在该点产生的电场强度的_，这个结论叫_ 二、静电平衡与静电屏蔽,矢量和,场强叠加原理,1静电平衡：物理学中将导体中没有
2、_ _的状态叫做静电平衡，处于该状态的导体内部电场强度处处为_ 2处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的_ 3静电屏蔽：导体如果是中空的，当它达到_时，由于内部没有_，相当于其外壳对内部起到了一种“保护”作用，使它的内部不受_的影响，这种现象称为静电屏蔽,零,外表面上,静电平衡,电场,外部电场,4静电屏蔽不但可以使金属壳内部不受_ _的影响，还可以通过_的方法隔离内部带电体对_的影响 5静电屏蔽的应用：静电屏蔽在实际生活中有重要的应用，有的电学仪器和电子设备外面套有金属罩，有的通信电缆的外面包一层铅皮,都是用来防止外界电场的干扰起屏蔽作用的.,金属壳接地,外界,思考感悟 飞机在云层与云层之
3、间起飞、着陆时都有可能遭遇雷击但是当飞机遭遇雷击时，电流可能从雷电云达到飞机头部，纵向流过机身外壳，最后从机尾凌空打到地上或从其中一机翼打过另一机翼，横向流过机身但不管怎样，闪电都只会沿着飞机外壳流过，而不会进入机内对乘客造成伤害，你知道这是为什么吗？ 提示：飞机外壳是金属材料的，它会在雷击时形成屏蔽，保护飞机内的乘客,核心要点突破,一、场强叠加原理的理解 1如果有几个点电荷同时存在， 电场中某点的电场强度为各个 电荷单独存在时在该点产生的 场强的矢量和例如，图14 1中的P点的电场强度E为电荷Q1、Q2在该点的电场强度E1、E2的矢量和,图141,图142,图143,特别提醒：电场强度是矢量
4、，场强的叠加本质是矢量叠加，所以应该用平行四边形定则这也是电场与普通物质的区别,即时应用(即时突破，小试牛刀) 1.在等量同种点电荷的中垂线上有A、B两点，如图144所示，下列结论正确的是( ),图144,AEAEB，方向相同 BEA不可能等于EB，且方向相反 CEA和EB大小不可能相等，但方向相同 DEA和EB有可能大小相等，方向相同 解析：选D.等量同种电荷产生的场强既沿中垂线对称，也沿两电荷的连线对称，且在中垂线上由无穷远到连线的中点场强先增大后减小，故EA，EB大小不确定，但方向一定相同，D正确,二、静电平衡的原因及特点 1静电平衡的原因 由于静电感应，在导体两侧出现等量异种电荷,在导
5、体内部形成与场强E0反向的场强E，在导体内任一点的场强可表示为E内E0E.如图145甲所示 因附加电场E与外电场E0方向相反，叠加的结果削弱了导体内部的电场，随着导体两侧感应电荷继续增加，附加电场E增强，合场强,E内将逐渐减小，如图乙所示当E内0时，自由电子的定向运动也停止了，如图丙所示即达到静电平衡时导体内部场强E内0.,图145,2静电平衡导体的电荷分布特点 (1)内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，导体内部没有电荷 (2)受导体的形状影响，不光滑处电荷密度大. (3)“远近端”电荷的电性相反，电量相等,如图146所示，处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种
6、电荷，即“远同近异”,图146,如图147所示，当把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看做是一个大导体，有些问题中所提到的“用手触摸某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体,图147,3静电平衡的特点 (1)导体内部场强处处为零 (2)导体表面任一点的场强方向跟该点的表面垂直 (3)净电荷只分布在导体的外表面上 特别提醒：一定要理解内部场强为零的原因是场的叠加的结果，分清三种场强,即时应用(即时突破，小试牛刀) 2一金属球，原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图148所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别
7、为Ea、Eb、Ec，三者相比( ),图148,AEa最大 BEb最大 CEc最大 DEaEbEc 解析：选C.感应电荷在导体内部产生的场强与场源电荷在球内产生的场强的矢量和为零离场源电荷越近的点场强越大，所以感应电荷在该点的场强也越大，选项C正确,三、静电屏蔽的两种情况 1导体内部不受外部电场的影响 (1)现象：使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片张开，这表示验电器受到附近带电体的影响，如图149甲所示；用一个金属网罩把验电器罩住，再让带电金属球靠近，验电器的箔片不张开，这表示金属网罩内的验电器不受附近带电体的影响，如图乙所示.,图149,(2)本质：是静电感应导体外表面的感应电荷在导体内
8、部产生的电场与外电场相互叠加，使导体内部场强处处为零,2接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响 (1)现象：金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属壳，验电器箔片张开，这表示网罩内带电体产生的电场能使外界受到影响(如图1410甲)；把金属网罩接地，则验电器箔片不张开，这表示金属网罩接地，内部电场不影响外界(如图乙),图1410,(2)本质：是静电感应网罩内小球所带电荷与网罩内表面感应电荷在网罩外产生的电场相互叠加使网罩外场强处处为零,特别提醒：(1)接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响 (2)空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间
9、不产生影响，腔内电场对腔外空间产生影响,即时应用(即时突破，小试牛刀) 3(2011年衡水高二检测)在如图1411所示的实验中，验电器的金属箔会张开的是( ),图1411,解析：选B.A中不会张开，金属网可以屏蔽外电场B中会张开，因为金属网未接地，网内的带电体可以对外界产生影响C中不会张开,因为金属网已接地，网内的带电体对网外无影响，网外的带电体对网内也无影响,(2011年大庆高二检测)如图1412所示，真空中，带电荷量分别为Q和Q的点电荷A、B相距r，则：,课堂互动讲练,图1412,(1)两点电荷连线的中点O的场强多大？ (2)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O点的场强如何？
10、【思路点拨】 分别求出每一个电荷在该点的场强，依据叠加原理进行矢量合成运算，确定合场强的大小和方向,图1413,【方法总结】 (1)因为场强是矢量，所以求合场强时应该既求出大小，也求出方向 (2)在等量异种电荷连线的垂直平分线上，中点的电场强度最大，两边成对称分布，离中点越远，电场强度越小，场强的方向都相同，平行于两电荷的连线由正电荷一侧指向负电荷的一侧,图1414,【答案】 D 【方法总结】 (1)利用静电平衡状态导体的特点处理相关问题可达到事半功倍的效果 (2)导体内部场强处处为零，即感应电荷的场强与原电场场强的矢量和为零,如图1415所示， 将悬挂在细线上的带正电荷 的小球A放在不带电的
11、金属 空心球C内(不与内壁接触)， 另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B，向C球靠近，则( ),图1415,AA向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向 BA的位置不变，B向右偏离竖直方向 CA向左偏离竖直方向，B的位置不变 DA、B的位置都不变 【思路点拨】 小球A在金属球壳内，由于静电屏蔽的作用，不会受到外电场的影响，金属球壳C因静电感应，外表面是带电的，对B有力的作用,【自主解答】 金属球壳C能屏蔽外部的电场,外部的电场不能深入内部，因此小球A不会受到电场力的作用，不会发生偏转；金属球壳C处在电荷A的电场中，内壁是近端，感应异号电荷负电，外壁是远端，感应同号电荷正电，正的感应电荷在外部空间同样会激发电场，对小球B有吸引的作用，B向右偏，选项B正确 【答案】 B,图1416,A B C D 解析：选A.中金属空腔能屏蔽外部电场，故中S不会被吸引；中由于外壳没有接地,故外部存在电场，S能被吸引；中的外部存在电场，S能被吸引中因外壳接地，屏蔽内部电场S不能被吸引综上所述，A正确.,
