鲁科版-选修3-1-第1章 静电场-第4节 电场中的导体 说课一等奖

《电场中的导体》教学设计一、引入1．如果有几个点电荷同时存在，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矢量和，叫场的叠加。2．处在电场中的导体，当达到静电平衡时，内部电场强度处处为零。3．金属壳内不受外部电场的影响的现象叫静电屏蔽。屏蔽意为无影响，并非挡住外电场。二、教材感知（一）场强叠加原理1．概念若有几个点电荷同时存在，它们产生的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矢量和。这个结论叫做场强的叠加原理。2．方法场强的叠加遵循平行四边形定则。3．特点电场叠加具有普遍性，不仅点电荷的电场可以叠加，其他任何电场的场强都可以进行叠加。（二）对场强叠加的理解（1）场强的叠加是一种解决问题的方法，相当于等效替代，该点的实际场强等于各带电体单独存在时产生的场强的矢量和。（2）场强的叠加原理不仅适用于几个点电荷的电场叠加，也适用于匀强电场和非匀强电场的叠加，都遵从平行四边形定则。（3）电场的可叠加性是电场与普通物质的重要区别。（三）点电荷的电场和电场强度的叠加（1）电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。场强的叠加遵循平行四边形定则，如图1－4－1甲所示。图1－4－1（2）比较大的带电体的电场，可把带电体分成若干小块，每一小块看成一个点电荷，用点电荷电场叠加的方法计算。（3）均匀带电球体（或球壳）外各点的电场强度：E＝keq\f(Q,r2)，式中r是球心到该点的距离（r≫R），Q为整个球体（或球壳）所带的电荷量，如图1－4－1乙所示。（四）静电平衡（1）定义：导体中没有电荷移动的状态。（2）特点：①导体内部场强处处为零。②电荷只分布在导体的外表面上。（五）静电屏蔽（1）定义：当中空的导体达到静电平衡时，内部无电场，因而导体的外壳会对其内部起屏蔽作用，使它内部不受电场影响的现象。（2）应用：电子仪器和电子设备外面都有金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路的检修人员要穿屏蔽服等，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。（六）静电平衡的分析（1）自由电荷的移动：导体刚放入电场中的瞬间，导体中的自由电荷受电场力F的作用，产生定向运动（如图1－4－3甲），同时在导体中产生一个附加电场E′（如图乙），使自由电荷又受电场力F′的作用，F和F′方向相反。（2）电场叠加：当E＝E′时，导体内合场强为零（如图丙），自由电荷受合力也为零，这时导体中无电荷定向移动，即达到了静电平衡状态。（3）结论：处于静电平衡的导体内部电场强度处处为零。图1－4－3（七）静电平衡时导体的特点（1）处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零。导体内部场强为零指的是外部电场和附加电场的合场强为零，其效果相互抵消。（2）导体表面任一点的场强方向与该处的表面垂直。（3）净电荷只分布在导体的外表面上。（4）对于一孤立的带电体，可视为导体处于自己所带电荷的电场之中，达到静电平衡时，也有两个基本特点：①导体内部的场强处处为零；②导体所带电荷只能分布在导体的外表面上。（八）静电屏蔽的两种情况（1）导体外部的电场影响不到导体内部；图1－4－4（2）接地导体内部的电场影响不到导体外部。图1－4－5三、典题强化1．点电荷A和B，分别带正电和负电，电荷量分别为4Q和Q，在A、B连线上，如图1－4－2所示，则电场强度为零的地方在（）图1－4－2A．A和B之间B．A右侧C．B左侧D．A的右侧及B的左侧解析：因为A带正电，B带负电，所以只有A右侧和B左侧它们的电场强度方向相反，因为QA＞QB，所以只有B左侧，才有可能EA与EB等大反向，因而才可能有EA和EB矢量和为零的情况。答案：C。2．具有一定厚度的空心金属球壳的球心位置处放一正电荷，图1－4－6中的四个图画出了其空间电场的电场线情况，符合实际情况的是（）图1－4－6解析：由静电感应的知识可知，金属球壳的内表面感应出与正电荷等量的负电荷，外表面感应出等量的正电荷，从正电荷到球壳的内表面的空间电场线由正电荷出发，终止于内表面，金属球壳部分处于静电平衡，内部场强为零，无电场线分布，而球壳外部电场由外表面出发，终止于无限远处，故选项D正确。答案：D。3．（2012·福州高二检测）如图1－4－7所示，边长为a的正三角形ABC的三个顶点分别固定三个点电荷＋q、＋q、－q，求该三角形中心O点处的场强。图1－4－7审题指导：审本题时应把握以下两点：（1）O点的场强为三个电荷在该点产生场强的矢量和。（2）画出示意图，注意场强是矢量，指出方向。解析：每个点电荷在O点处的场强大小都为EA＝EB＝EC＝keq\f(q,\f(\r(3),3)a2)＝eq\f(3kq,a2)，方向如图所示，EA与EB的夹角为120°，故EA、EB的矢量和大小EAB＝EA＝EB，方向与EC方向相同，则O点处的场强E＝EAB＋EC＝eq\f(3kq,a2)＋eq\f(3kq,a2)＝eq\f(6kq,a2)，方向由O指向C。答案：eq\f(6kq,a2)，方向由O指向C。借题发挥：场强的叠加遵循矢量运算法则，运用图解法可以简化思维过程。因此，作图分析是解决此类问题的关键。若顶点B、C处各放一电荷时，测得A处电场强度大小为E，方向与BC边平行沿B指向C，如图1－4－8所示。拿走C处的电荷后，A处电场强度的情况将会是怎样？图1－4－8解析：根据矢量合成法则可推理知，在B、C