高中物理 1.4 电场中的导体课件 鲁科版选修31.ppt

第4节电场中的导体 第1章静电场 学习目标1 知道电场强度的叠加遵循平行四边形定则 并能用其进行场强叠加运算 2 知道静电感应产生的原因及静电平衡的概念 3 知道静电屏蔽现象及其在生活中的应用 第1章静电场 一 场的叠加原理1 内容 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 2 方法 场强的叠加遵循 定则 3 普遍性 不仅 电场的场强可以叠加 其他 的场强都可以进行叠加 矢量和 平行四边形 点电荷 任何电场 二 静电平衡与静电屏蔽1 静电平衡 1 定义 导体中没有电荷 的状态 2 原理 场的矢量叠加原理 3 特点 导体内部场强 导体表面任意一点的场强方向与该处的表面 电荷只分布在导体的 移动 处处为零 垂直 外表面上 2 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 导体外壳使它的内部不受 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 3 静电屏蔽 不但可以使金属壳内部不受外部电场的影响 还可以通过 的方法隔离内部带电体对外界的影响 静电平衡 外部电场 静电屏蔽 金属壳接地 1 场强叠加遵循平行四边形定则 例如 图中的p点的电场强度e为点电荷q1 带正电 q2 带负电 在该点的电场强度e1 e2的矢量和 2 比较大的带电体的电场 可把带电体分成若干小块 每小块看成点电荷 用点电荷电场叠加的方法计算 正确理解场强的叠加原理 在真空中 电荷量均为q的异种点电荷相距r 则 1 两点电荷连线中点的场强如何 2 在两点电荷垂直平分线上到两点电荷距离均为r的点的场强又如何 思路点拨 根据点电荷的场强公式和场强的叠加原理分析 计算 答案 见解析 名师点评 b 1 静电平衡状态下导体的三个特征 1 内部场强处处为零 其本质是指电场强度e0与导体的感应电荷产生的场强e 的合场强为零 即感应电荷在导体内任一点的场强e 与外电场在该点的场强e0大小相等 方向相反 2 表面附近任一点的场强方向与该点的表面垂直 3 静电平衡状态下的导体是个等势体 表面是个等势面 静电平衡的理解 2 导体上的电荷分布规律 1 导体内部没有净电荷 电荷只能分布在导体的外表面 2 电荷在导体表面的分布往往是不均匀的 越是尖锐的地方 电荷的密度越大 外部附近的场强也越强 凹陷部分几乎没有电荷 3 静电平衡的两种方式 因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零 达到静电平衡状态 对内实现了屏蔽 当空腔外部接地时 外表面的感应电荷将因接地传给地球 外部电场消失 对外起到屏蔽作用 导体内空腔不受外界影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响 静电感应与静电平衡 将悬挂在细线上的带正电的小球a放在不带电的金属空心球c内 不和球壁接触 另有一悬挂在细线上的带负电的小球b向c靠近 如图所示 以下说法正确的是 a a往左偏离竖直方向 b往右偏离竖直方向b a的位置不变 b往右偏离竖直方向c a往左偏离竖直方向 b的位置不变d a和b的位置都不变 b 解析 带正电的小球a放在不带电的空心球c内 通过静电感应 空心球外壳带正电 内壁带负电 因此 金属空心球c和带负电小球b带异种电荷 所以b受球c的吸引往右偏离竖直方向 而由于空心球c能屏蔽小球b所产生的外部电场 使小球a不受外电场的作用 故它的位置不变 故选项b正确 名师点评 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 2 如图 用起电机使金属鸟笼带电 站在金属架上的鸟安然无恙 且不带电 其原因是 a 鸟的脚爪与金属架绝缘b 鸟笼内场强不够大 不至于电死c 因为鸟笼是空的 起电机无法使鸟笼带电d 鸟笼内部场强为零 电荷分布在鸟笼的外表面解析 由于静电平衡 金属鸟笼对内部起到屏蔽作用 电荷只分布在外表面 使鸟笼内部场强为零 故选项d正确 d 感应电荷场强的求解方法1 静电平衡时 导体内存在两个电场 外电场e0和感应电荷在导体内部产生的附加电场e 在导体内部各位置 附加电场e 与外电场e0方向相反 大小相等 导体内各位置的合场强为零 自由电荷所受合力为零 2 求解静电平衡状态下感应电荷的场强基本步骤是 先求解外电场在该处场强的大小和方向 再利用导体内部合场强处处为零和电场的叠加原理 求解感应电荷在该处的场强 此场强与外电场大小相等 方向相反 范例 如图 长为l的导体棒原来不带电 现将一带电荷量为q的点电荷置于导体棒的左侧 并在导体棒的轴线上 q距导体棒的左端点为r c为导体棒的中点 在导体棒达到静电平衡后 导体棒上的感应电荷在c点产生的场强大小为 场强方向 思路点拨 解此题的关键是掌握静电平衡的原理及静