高中物理 第1章第4节 电场中的导体课件 鲁科版选修31.pptVIP

第4节电场中的导体 温故知新 1 在力学中我们学习过力的合成法则 请同学们写出互成角度 的两个共点力f1 f2合力公式 精彩回眸 2 如图1 4 1所示 分别在a b两点放上点电荷q1 2 10 14c和q2 2 10 14c 在ab的垂直平分线上有一点c 且ab ac bc 6 10 2m 试求 图1 4 1 1 c点的场强为 n c 2 如果有一个电子静止在c点 它所受的库仑力的大小为 n 方向 答案 1 5 10 2 2 8 0 10 21方向平行ab向左 一 场强叠加原理1 内容 如果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 的矢量和 2 方法 场强的叠加遵循 定则 3 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 新知梳理 各自在该点产生 的电场强度 平行四边行 二 静电平衡与静电屏蔽1 静电感应现象 中条件 现象 本质2 静电平衡 1 定义 导体中 包括表面上 没有电荷 的状态 2 特点 导体内部场强 导体处在 导体在两端出现 电荷 自由电荷在 作用下发生 电场力 定向 电场 等量 异种 移动 处处为零 定向移动 导体表面任一点的场强方向与该处的表面 电荷只分布在导体的 3 静电屏蔽 1 定义 处于 状态的中空导体壳 内部场强处处为零 导体外壳使它内部不受 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丝网套 高压线路的检修人员要穿屏蔽服等 都是利用 消除外电场的影响 垂直 静电平衡 外部电场 静电屏蔽 外表面上 合作探究 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 尖锐的位置电荷密度大 3 远近端 电荷的电性相反 电量相等 1 如图1 4 2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电荷 即 远同近异 静电平衡导体的电荷分布有什么特点 2 如图1 4 3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1 4 2 温馨提示 一个孤立的带电体 在自身所带电荷的电场中 处于静电平衡状态 具有静电平衡的所有特点 人与大地都是导体 在人摸 触 导体的过程中 带电体 人 大地组成一个新导体 地球往往是新导体的远端 图1 4 3 如图1 4 4所示 金属球壳的内外表面分别用c d表示 b球与金属球壳内表面紧密接触 金属小球a原来带正电 金属球壳与金属小球b原来不带电 当用一根导线将a b两球连接时 以下判断中正确的是 图1 4 4 a a与b带正电 c带负电 d带正电b d带正电 a带正电 b与c不带电c 只有a带正电 其他均不带电d a带正电 d带负电 b与c不带电 解析 a与b用导线连接后 a b两球以及球壳成为一个大导体 a球表面及球壳的外表面d相当于大导体的外表面 b球表面及球壳内表面相当于大导体的内表面 因为静电平衡导体的电荷只分布在外表面上 故b正确 a c d错误 答案 b 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1 4 5 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 1 4 5乙 所示 静电屏蔽的两种情况 2 本质 是静电感应 导体外表面的感应电荷在导体内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 图1 4 5 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1 4 6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1 4 6乙 图1 4 6 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 温馨提示 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不产生影响 腔内电场对腔外空间产生影响 2 有一接地的导体球壳 如图1 4 7所示 球心o处放一点电荷q 达到静电平衡时 则 a q的电量变化时 壳外电场随之改变 图1 4 7 b q在壳外产生的电场强度为零c 球壳内外表面的电荷在壳外的场强为零d q与壳内表面的电荷在壳外的合场强为零 解析 当导体球壳接地时 壳内电荷在壳外表面所产生的感应电荷流入大地 或大地内的电子流入球壳 即壳外表面不带电 这时壳内电荷与壳内表面的感应电荷在壳内壁以外 包括导体壳层 任一点的合场强为零 故d正确 a b c错误 答案 d 典例精析 例1 在场强为e的匀强电场中 取o点为圆心 r为半径作一圆周 在o点固定一电荷量为 q的点电荷 a b c d为相互垂直的两条直线 其中一条沿竖直方向 和圆周的交点 当把一检验电荷 q放在d点恰好平衡 如图1 4 8所示 场的叠加的应用 图1 4 8 1 匀强电场场强e的大小 方向如何 2 检验电荷 q放在点c时 受力fc的大小 方向如何 3 检验电荷 q放在点b时 受力fb的大小 方向如何 反思领悟 检验电荷处在匀强电场和点电荷 q产生的电场组成的叠加场中 因此要求检验电荷在电场中某点所受的电场力 首先应确定该点的合场强 要确定合场强 就需要求匀强电场的场强 而题目已经告诉当检验电荷处在d点时恰好平衡 这恰恰是两电场共同作用的结果 据此则问题可解 如图1 4 9所示 在y轴上关于o点对称的a b两点有等量同种点电荷 q 在x轴上c点有点电荷 q 且co od ado 60 根据上述说明 在x轴上场强为零的点为 图1 4 9 解析 在x轴上由 q产生的电场强度方向沿水平方向 在c点右侧水平向左 左侧水平向右 要想和等量的正电荷在x轴上产生的合场强为零 该点应该出现在c点的右侧 距离a b c三个电荷相同的d点上 答案 d点 例2 如图1 4 10所示 a为带电的空腔导体 b为离a很远的不带电的验电器 现用一根导线一端与a的内壁接触 另一端与b的金属球接触 则b的箔片是否张开 静电平衡问题 图1 4 10 思路点拨 连接后a b成为一个导体 只要b处在a球的外部 无论导线与a球的何处接触 验电器均带电 若b在a球的内部 验电器不带电 解析 导线把a和b连接在一起 形成一个整体 b实际上是成了a的外表面的一部分 因此b将带电 则b中箔片张开 答案 张开反思领悟 对于静电平衡的导体 要正确理解其特点 同时要分清导体的内部和外部以及e感 e原 e合 知道内部场强为零及电荷分布在外表面的原因 如图1 4 11所示 若把验电器b放在空腔带电导体a的内部时 1 用导线连接a的内壁与b的金属小球 此时验电器b的箔片是否张开 图1 4 11 2 若用导线连接a的外壁与b的金属小球 此时验电器b的箔片是否张开 解析 两种情况下 只要用导线把a b的金属球相连 b就属于导体内部的一部分 因此b的箔片都不会张开 答案 1 不张开 2 不张开 例3 如图1 4 12所示 空心导体上方有一靠近的带有正电的带电体 当一个重力不计的正电荷以速度v水平飞入空心导体内时 电荷将做 静电屏蔽的应用 图1 4 12 a 向上偏转的类似平抛运动b 向下偏转的类似平抛运动c 匀速直线运动d 变速直线运动 解析 空心导体处在带正电的带电体的附近 根据电场中导体的特点 空心导体起到了静电屏蔽的作用 使得内部电场场强为零 电荷不受电场力的作用 所以做匀速直线运动 c选项正确 答案为c 答案 c反思领悟 1 研究电荷的运动状态 必须把握住电荷的受力情况 2 空腔可以屏蔽外界电场 接地的空腔可以屏蔽内部的电场 对于电场中的导体一定要明确内部场强处处为零 导体表面处电场线与导体垂直的特点 某研究性学习小组学习电学知识后对电工穿的高压作业服进行研究 发现高压作业服是用铜丝编织的 下列各同学的认识正确的是 a 甲认为铜丝编织的衣服不易拉破 所以用铜丝编织b 乙认为电工被铜丝编织的衣服包裹 使体内为匀强电场 对人体起保护作用c 丙认为电工被铜丝编织的衣服包裹 使体内电场强度保持为零 对人体起保护作用d 丁认为铜丝必须达到一定的厚度 才能对人体起到保护作用 解析 铜丝编织的衣服起到静电屏蔽的作用 使人体内部场强为零 故c项正确 答案 c 静电感应现象中电场的分布电场的分布最终取决于导体表面电荷的分布特点 因此分析静电平衡问题时要注意电荷的分布及变化 创新拓展 图1 4 13 例4 如图1 4 13所示 一导体球a带有正电荷 当只有它存在时 它在空间p点产生的电场强度的大小为ea 在a球球心与p点连线上有一带负电的点电荷b 当只有它存在 时 它在空间p点产生的电场强度大小为eb 当a b同时存在时 根据场强叠加原理 p点的场强大小应为 a ebb ea ebc ea eb d 以上说法都不对解析 当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时 导体球上的电荷将均匀分布在导体球表面 根据题意均匀分布在导体球上的电荷在p点产生的场强为ea 当把点电荷放在b点后 虽然导