学鲁科版选修31 1.4电场中的导体 课件（5）（43张）.ppt

第4节电场中的导体 目标导航1 知道场强叠加原理 会应用它进行简单计算 重点 2 理解静电平衡状态和处于静电平衡状态的导体的特点 重点 难点 3 知道静电屏蔽及其实际应用 难点 一 场强叠加原理如果有几个点电荷同时存在 根据场强的定义和库仑力的可叠加性 可知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 这个结论叫做 矢量和 场强叠加原理 想一想1 场强的叠加遵循什么原则 提示 平行四边形定则 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 静电平衡 外部电场 静电屏蔽 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 想一想2 高压线的检修人员穿的屏蔽服是用金属丝网制成的 为什么屏蔽服不能用绝缘丝线制作 提示 金属丝网可对身体起屏蔽作用 免受外部电场的伤害 而绝缘丝线没有屏蔽作用 金属壳接地 要点一正确理解场强叠加原理 学案导引1 几个电场能否同时占据同一个空间 2 如果空间内同时存在多个电场 应怎样理解某点的场强 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 4 电场与实体物质的区别从电场的可叠加性可知 几个电场可以同时占据同一个空间 而实体的分子或原子所占据的空间不能被另一个分子或原子所占据 方法指导 1 场强的叠加即场强的合成 同样遵循平行四边形定则 2 方向相同的两个电场的合场强等于两分场强之和 方向与分场强方向一致 方向相反的两个电场的合场强等于两分场强之差 方向与场强大的那个分场强的方向一致 如图所示 真空中 带电荷量分别为 q与 q的点电荷a b相距r 则 1 两点电荷连线的中点o的场强多大 方向向哪 2 在两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 方法点拨 1 明确 q与 q在某点场强的大小和方向 2 根据场强叠加原理求合场强 规律总结 场强的叠加与力的合成一样 都遵循平行四边形定则 力的合成的一些方法同样适用于场强叠加 变式训练1 在x轴上有两个点电荷 一个带正电q1 一个带负电q2 且q1 2q2 用e1和e2分别表示两个电荷所产生的场强的大小 则在x轴上 a e1 e2之点只有一处 该点合场强为0b e1 e2之点共有两处 一处合场强为0 另一处合场强为2e2 c e1 e2之点共有三处 其中两处合场强为0 另一处合场强为2e2d e1 e2之点共有三处 其中一处合场强为0 另两处合场强为2e2 要点二理解静电平衡及静电屏蔽 学案导引1 处于静电平衡的导体内部没有电场吗 2 静电屏蔽只能屏蔽外部电场吗 1 静电平衡状态下的导体特征 1 静电平衡状态如图所示 金属导体中自由电子受场强为e0的外电场的电场力作用而向左移动 在导体左侧出现多余的负电荷 而右侧则出现多余的正电荷 导体两侧正 负电荷在导体内部产生了与原电场反向的电场 因与原来的电场反向 叠加的结果是使原场强逐渐减弱 直至导体内部各点的合场强等于零为止 导体内的自由电子不再发生定向移动 处于平衡状态 我们就说导体达到静电平衡状态 2 静电平衡状态下导体的三个特征 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 表面附近任一点的场强方向与该点的表面垂直 静电平衡状态下的导体是个等势体 表面是个等势面 3 导体上的电荷分布规律 导体内部没有净电荷 电荷只能分布在导体的外表面 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 2 静电屏蔽的两种方式及本质 1 导体内部不受外部电场的影响 现象 如图 甲 将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开 如图 乙 即外部电场影响不到导体网罩内部 本质 是静电感应 导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零 3 接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响 1 现象 如图 甲 导体壳没有接地时 处于内部 q电场中 达到静电平衡 导体壳内外表面出现等量异种电荷 空间电场的电场线起于场源正电荷 终于导体壳内表面负电荷 再起于导体壳外表面正电荷终于无穷远 壳内外表面之间场强处处为零 导体壳接地后 如图 乙 所示 导体壳外的正电荷被大地负电荷中和 正电荷出现在地球的另一端无穷远处 空间电场起于场源正电荷终于导体壳内表面负电荷 导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零 导体外部空间不受内部电场影响 2 本质仍然是静电感应 使导体内表面感应电荷与壳内电场在导体壳表面以外空间叠加结果为零 如图所示 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 a 向上偏转的类平抛运动b 向下偏转的类平抛运动c 匀速直线运动d 变速直线运动 思路点拨 根据静电平衡的特点判断电荷的受力情况 由受力情况分析电荷的运动情况 精讲精析 电荷如何运动 由电荷的受力决定 而电荷的重力不计 则只需考虑电荷是否受电场力 根据电场中导体的特点 即可判断 空心导体处在带正电的带电体附近 根据电场中导体的特点 空心导体起到了静电屏蔽的作用 使得内部电场强度为零 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 c 变式训练2 2012 衡水高二检测 在如图所示的实验中 验电器的金属箔会张开的是 解析 选b a中不会张开 金属网可以屏蔽外电场 b中会张开 因为金属网未接地 网内的带电体可以对外界产生影响 c中不会张开 因为金属网已接地 网内的带电体对网外无影响 网外的带电体对网内也无影响 d中不会张开 金属网可以屏蔽外电场 等效代替法求电场强度 经典案例 6分 如图所示 水平放置的足够大的金属板接入大地 q为正点电荷 它到金属板的距离为d 求静电平衡时金属板表面上与正点电荷q正对点o处的电场强度的大小 审题指导 本题的关键是熟知点电荷与金属板间电场线的形状 并能够等效为等量异种电荷的电场来求解 解题样板 点电荷与金属板间的电场是由点电荷和金属板上的感应电荷共同形成的 既不是匀强电场 也不是点电荷电场 更无法找出金属板上感应电荷的分布情况 所以不可能用常规方法求解 点电荷与金属板间的电场线分布如图甲 2分 名师点评 等效代替法是将一个复杂的新问题与熟知的模型进行类比 然后用熟知的模型替代复杂的新问题 从而找出相应的 简单的解题方法 法拉第的笼子实验18世纪中叶 富兰克林认为电是一种无重量的流质 弥漫于整个空间 并能毫无阻挡地渗透于任何物体之中 如果空间和物体中这种流质的密度相等 物体为中性 如果物体中流质的密度大于空间的密度 则物体带正电 如果物体中流质的密度小于空间的密度 则物体带负电 19世纪上半叶 法拉第做了一个令人困惑的实验 法拉第笼子实验 如图所示 法拉第用木条钉了一个笼子 上面贴了许多条跟地面绝缘的锡箔 锡箔之间互相接通 并且和起电机相连 笼子里面放一个很灵敏的验电器 实验的时候 摇动起电机 使锡箔带电 把一个跟地面连接的导体移到笼子外面附近 笼子和导体之间就出现电火花 表明锡箔确实带了电 但是 笼子里的验电器指针却始终合拢不动 说明笼 子里测不出有电荷 法拉第自己钻进笼子里进行研究 结果也是一样 这个实验表明 笼子上的电荷全都分布在笼子