鲁科版选修31 第1章 第4节　电场中的导体 学案.doc

第4节电场中的导体学 习 目 标知 识 脉 络(教师用书独具)1知道电场强度的叠加遵循平行四边形定则，会应用其进行场强叠加运算(重点)2知道静电感应产生的原因及静电平衡的概念(重点)3了解静电屏蔽，知道静电屏蔽的实际应用(难点)自 主 预 习探 新 知知识梳理一、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作场强的叠加原理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、静电平衡与静电屏蔽1静电平衡(1)定义：导体中没有电荷移动的状态(2)特点导体内部场强处处为零电荷只分布在导体的外表面上2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基础自测1思考判断(1)场强叠加原理仅适用于点电荷共同形成的电场()提示场强叠加原理适用于所有场(2)在场强叠加区域，电场线可以相交叉()提示电场线是叠加场的电场线，空间不相交(3)等量同种电荷连线上，中点场强为零()(4)在电场中导体处于静电平衡时，导体内任一点的场强为零()(5)处于静电平衡的导体，净电荷只能分布在导体的外表面上()(6)在电场中导体处于静电平衡时，导体内任一点的感应电荷的场强为零()提示导体内合场强为零(7)静电屏蔽就是空腔导体把电场挡在了外面()提示是因感应电荷的场与原来空间场叠加，而使空腔内合场强为零2对于处在静电平衡状态的导体，下列说法正确的是() 【导学号：46242039】a导体内部既无正电荷，又无负电荷b导体内部和外表面处的电场强度均为零c导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和为零d导体内部电场强度为零是外加电场与感应电荷产生的电场叠加的结果d导体处于静电平衡状态时，其内部无净电荷，即其正、负电荷总量相等，电荷量为零，其表面处有净电荷，以至于该处电场强度不为零，导体表面的电荷代数和不一定为零，故选项d正确合 作 探 究攻 重 难电场强度叠加原理的理解1.场强叠加的适用条件：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2某点场强的叠加：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141甲所示图1413均匀带电球周围的场强：均匀带电球体(或球壳)外各点的电场强度：ek，式中r是球心到该点的距离(rr)，q为整个球体(或球壳)所带的电荷量，如图141乙所示如图142所示，边长为l的正方形的四个顶点a、b、c、d处依次放置有点电荷2q、2q、q、2q，试求正方形的中心o点处的场强图142思路点拨：先求出四个点电荷在o点处分别产生的电场强度，再进行矢量合成解析b、d两点处的点电荷在o点处产生的场强大小相等，方向相反，合场强为零a点处的点电荷在o点处产生的场强大小为eakk，方向沿oa连线指向a.c点处的点电荷在o点处产生的场强大小为eckk，方向沿oc连线指向c.a、c两点处的点电荷在o点处产生的场强方向相反综上所述，o点处的合场强为eeaeck，方向沿oa连线指向a.答案k，方向沿oa连线指向a计算合场强的三点注意(1)明确有几个场源(2)分析各个场源在所考查的位置或空间激发电场的大小和方向(3)根据场强叠加原理，多个场源激发电场的合电场强度等于各个电场单独存在时，在该点产生的电场强度的矢量和针对训练1如图143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：图143(1)点电荷a、b在中点o产生的场强分别为多大？方向如何？(2)两点电荷连线的中点o的场强为多大？(3)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？ 【导学号：46242040】甲解析(1)如图甲所示，a、b两点电荷在o点产生的场强方向相同，均由ab，a、b两点电荷在o点产生的电场强度大小eaeb.(2)o点的场强为eoeaeb，方向由ab.乙(3)如图乙所示，eaeb，由矢量图所形成的等边三角形可知，q点的场强eoeaeb，方向由ab.答案(1)，方向由ab，方向由ab(2)，方向由ab(3)，方向由ab静电平衡的理解及应用1.静电平衡的实质静电平衡的实质是外电场和感应电荷的电场的叠加静电平衡时附加电场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对静电平衡的理解(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡状态时，内部场强处处为零，自由电荷不再发生定向移动(2)金属导体达到静电平衡状态的时间是非常短暂的3导体处于静电平衡状态的特点(1)导体内没有电荷的定向移动(2)内部场强处处为零(3)导体表面上任何一点的场强方向都跟该处表面垂直(4)净电荷只分布在导体表面(“净”即导体中正负电荷中和后净剩的意思)，且越尖锐处电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有净电荷处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零的原因是()a导体内部无任何电场b外加电场不能进入导体内部c所有感应电荷在导体内部产生的合电场强度为零d外加电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为零d处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零是感应电荷的电场与外加电场叠加的结果，故选项d正确对静电平衡中“内”与“合”的说明“内”仅指导体内部，导体的表面上的场强是否为零应看此表面是否分布净电荷“合”是指内外电场(即外部电场与感应电荷产生的电场)的矢量和针对训练2在电荷量为q的点电荷的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆盘平面与点电荷在同一平面内，则圆盘上感应电荷在圆盘中a点所激发的附加场强e的方向在下列选项中正确的是()a感应电荷在圆盘中a点激发的附加场强e应与点电荷在a点产生的场强等大反向，选项a正确静电屏蔽的理解及应用1.静电屏蔽的两种情况屏蔽外电场屏蔽内电场图示实现过程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，起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡2.静电屏蔽的实质利用静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的矢量和为零，好像金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零而已如图144所示，a为空心金属球，b为金属球，a、b原来不带电，将另一带正电荷的小球c从a球开口处放入a球中央，不接触a球，然后用手接触一下a球，再用手接触一下b球，再移走c球，则()图144aa球带负电荷，b球带正电荷ba球带负电荷，b球不带电ca、b两球都带负电荷da、b两球都带正电荷思路点拨：对静电屏蔽问题的分析，关键是抓住静电平衡的特点，区分两种屏蔽现象，认清感应电荷的分布b首先带正电荷的小球c从a球开口处放入a球中央根据静电感应现象可知，a球内表面带负电荷，外表面带正电荷，用手接触a相当于把a接地，由大地传导过来的电子与a球外表面正电荷中和，使a球外表面不带电，此时a球对外起静电屏蔽作用，a球内的电场不影响外部用手接触b时，无电荷移动，b球不带电当带正电荷的c球从a球内移走后，a球内表面所带的负电荷移至外表面，所以此时a球带负电荷由上述可知，选项b正确针对训练3如图145所示，放在绝缘台上的金属网罩b内放有一个不带电的验电器c，如把一带有正电荷的绝缘体a移近金属罩b，则()图145a在b的外表面无感应电荷b在b的内表面将带上正电荷c验电器的金属箔片将张开d验电器的金属箔片不张开d静电平衡时，b的外表面将出现感应电荷，选项a错误；处于静电平衡状态下的导体净电荷只能分布在外表面上，选项b错误；由于静电屏蔽，金属网罩内电场强度为零，故c上无感应电荷，验电器的金属箔片不会张开，选项c错误，选项d正确当 堂 达 标固 双 基1如图146所示，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()图146a鸟的脚爪与金属架绝缘b鸟能承受的安全电压比较高c起电机使笼带电，笼的电势不会很高d鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面d金属鸟笼起到静电屏蔽的作用，内部场强为零，电荷分布在笼的外表面故d项正确2如图147所示，ac、bd为圆的两条互相垂直的直径，圆心为o，将带有等量电荷q的正、负点电荷放在圆周上，它们的位置关于ac对称要使圆心o处的电场强度为零，可在圆周上再放置一个适当电荷量的正点电荷q，则该点电荷q应放在()图147aa点bb点cc点 dd点d由电场的叠加原理和对称性可知，q、q在o点的合场强方向应沿od方向，要使o点的合场强为零，放上的电荷q在o点的场强方向应与q、q在o点的合场强方向相反，所以d正确3(多选)