第8章 第4讲 静电感应与静电平衡 LI.ppt

高三物理高考复习 第8章静电场 第4讲静电感应与静电平衡 静电感应静电平衡静电屏蔽电场中的导体 复习 静电感应现象 将不带电的导体靠近带电体时 导体上就带电了 靠近带电体的一端带异种电荷 远离带电体的一端带同种电荷 思考 静电感应现象的原因 当不带电的导体处于电场中时 导体内的自由电子在电场力的作用下逆电场线而定向移动 使导体一侧带负电 而另一侧带上正电 电场如何 将导体放入电场后 发生的现象 1 静电感应把金属导体放在外电场E0中 由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动 使导体表面出现感应电荷的现象叫静电感应 静电平衡状态下导体的电场 E0 A B C D 2 静电平衡 3 感应电荷的电场增到与外电场相等时 导体内合场强为零 自由电荷的定向移动停止 静电平衡发生静电感应的导体 当感应电荷产生的附加电场E 和原电场E在导体内叠加为零 即E E时 自由电子停止定向移动 这时导体所处的状态叫静电平衡状态 E E 将导体放入电场后 发生的现象导体内的自由电子在电场力作用下 会发生定向移动 导体的两表面 一面带正电 一面带负电 感应电荷 感应电荷的电场 与原电场叠加 在导体内为合电场 将导体放入电场后 发生的现象4 合电场渐渐减弱 电子受电场力渐渐减小 5 当合电场减为零时 电子不再定向移动 静电平衡6 静电平衡时 导体内的场强一定处处为零 静电平衡状态的导体的特点 静电平衡状态 导体中 包括表面 没有电荷的定向移动的状态 叫做静电平衡状态 特点一 处于静电平衡状态的导体 E E 故内部的场强处处为零 特点二 静电平衡状态的导体 电荷只分布在导体的外表面上 例1 使带电的金属球靠近不带电的验电器 验电器的箔片张开 下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况 正确的是 B 例2 如图所示 A B是两个绝缘金属导体 把一个带正电的绝缘金属球P移近A 由于静电感应 a端电荷量大小为qa b端电荷量大小为qb 则 A 导体A B上 qa qbB 导体A B上 qa qbC 先撤走P 再将A B分开后 A带负电 B带正电D 先将A B分开 再撤走P后 A带负电 B带正电 BD 程序法判别感应电荷 例3 长为L的导体棒原来不带电 现将一电荷量为 q的点电荷放在与棒的左端距离为R的地方 如图 达到静电平衡后 棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强有多大 方向如何 例3 长为L的导体棒原来不带电 现将一带电量为q的点电荷放在棒左端 距棒为R 如图所示 当棒达到静电平衡后 棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强大小和方向如何 解析 静电感应产生的感应电荷电量是面分布 且电量值未知 所以不能直接由真空中点电荷的场强公式来求得它们在球心O处的场强 因此采取变换研究对象的方法 将感应电荷换成施感电荷 问题就迎刃而解了 方向沿点电荷和棒内中点连线向左 注意题目的三种问法 是问施感电荷产生的场强还是感应电荷产生的场强还是合场强 静电屏蔽 金属网罩能将外电场遮住 使其内部不受外电场的影响 这种现象叫做静电屏蔽 电子仪器外 套有金属网罩 通讯电缆外包一层铅皮等 实验现象 应用 静电屏蔽是静电平衡下的导体其内部场强为零的理论的应用 Q 外部 电场为零 内部 有电场存在 静电屏蔽 例4 如图所示 一个原来不带电的中空金属球壳 上开一个小孔 若将一个带负电的小球放入且不与球壳接触 则球壳外表面带 电 内表面带 电 若用手接触一下球壳后球壳内表面带 电 外表面 正 负 正 不带电 静电感应现象的本质是电子在电场力的作用下定向移动 造成导体内的自由电子在导体内重新分布 产生感应电荷 静电感应现象的规律是在导体的近端出现与带电体异种电荷 在远端出现等量的同种电荷 要分清近端与远端 首先分清研究对象是哪一部分导体 研究对象相对于带电体而言最近的一端是近端 最远的一端是远端 B A图属于内屏蔽 C图属于外屏蔽 注意观察 B图和C图不同 金属网罩一个接地 一个不接地 例6 在水平地面上放置的光滑金属板的上表面绝缘 在其中心正上方有一带正电Q的金属小球 可视为质点 且不影响原电场 自左以初速度v0向右运动 则在运动过程中 A 小球做先减速后加速运动B 小球做匀速直线运动C 小球受到电场力的冲量为零D 小球受到电场力做的功为零 由于金属板处于点电荷 形成的电场中瞬间达到静电平衡后 在水平放置金属板的上表面上电场线是垂直表面竖直向下 所以小球运动时只在竖直方向上受力的作用 在水平方向上不受力的作用 故小球做匀速直线运动 根据冲量的概念和力做功的条件 小球受到的电场力冲量不为零而做功为零 BD 船到桥头自然直 例7 一个带绝缘座的空心金属球A带有4 10 8C的正电荷 有绝缘柄的金属小球B带有2 10 8C的负电荷 使B球和A球的内壁接触 如图所示 则A B各带电荷量为 A QA 10 8C QB 10 8CB QA 2 10 8C QB 0C QA 0 QB 2 10 8CD QA 4 10 8C QB 2 10 8C B 解析 两个带电金属球B和A带异种电荷 发生接触起电现象 首先中和掉B球所带的负电荷 然后剩余净电荷 2 10 8C为A B两个小球所共有再重新分配 把A B看成一个导体 其净电荷应该分布在整个导体的外表面上即A的外表面上 这样B球就不带电了 接触起电现象的规律是 先中和 后重新分配 只有两个完全相同的金属球接触起电才平分电量 内 外 是相对于研究的导体而言的 例8 Q为带负电的绝缘小球 AB为一不带电的中性导体且放在Q附近 达到静电平衡状态时 下面判断正确的是 A A端的电势高于B端的电势B 以无限远为零电势点 导体AB的电势高于零C A B两端电势相等D 导体内的场强方向是由A指向B C 解析 AB导体放在Q附近 发生静电感应现象 A端出现正感