难点11静电平衡状态下导体特点与应用

难点 11 静电平衡状态下导体特点与应用 以静电平衡状态下的导体为命题点的考题时现于高考卷面 充分表明当今高考已无热 点 然而该类命题以其背景的抽象性 知识的综合性 始终是考生应考的难点 难点磁场 1 一金属球 原来不带电 现沿球的直径的延 长线放置一均匀带电细杆 MN 如图 11 1 所示 金属球上感 应电荷产生的电场在球内直径上 a b c 三点的场强大小分别为 Ea Eb Ec 三者相比 A Ea最大 B Eb最大 C Ec最大 D Ea Eb Ec 2 在正电荷附近有两个绝缘导体 M N 由于静电感应发生了如图 11 2 的电荷分布 当 用导线将 a b 两点联接起来时 导线中是否有电流流过 如果有电流 电流的方向是怎样的 3 如图 11 3 所示 面积足够大的 板间距离为 d 的两平行金属板竖直放置 与直流电压为 U 的电源连接 板间放 一半径为 R 2R d 的绝缘金属球壳 C D 是球壳水平直径上 的两点 则以下说法正确的是 A 由于静电感应 球壳上 C D 两点电势差为 d RU B 由于静电感应 球壳中心 O 点场强为零 C 用手摸一下球壳 再拿去平行金属板 球壳带正电 D 用手摸一下球壳 再拿去平行金属板 球壳带负电 案例探究 例 1 如图 11 4 所示 水平放置的金属 板正上方有一固定的正点电荷 Q 一表面绝缘的带电的小球 可视为质点且不影响 Q 的电场 从左端以初速度 v0滑上 金属板 沿光滑的上表面向右运动到右端 在该运动过程中 A 小球做匀速直线运动 B 小球做先减速 后加速运动 C 小球的电势能保持不变D 电场力对小球所做的功为零 命题意图 考查对静电平衡导体特点的理解与应用能力 B 级要求 错解分析 由于受思维定势的影响 误选 B 没有充分考虑到导体的放入 由于静电感 应而导致空间电场的变化因素 思维片面化 解题方法与技巧 水平放置的金属板处于点电荷 Q 的电场中而达到静电平衡状态 是 一个等势体 其表面处电场线处处与表面垂直 故带电小球 表面绝缘 电量不变 在导 体表面滑动时 电场力不做功 故小球做匀速直线运动 所以 A C D 选项正确 例 2 如图 11 5 所示 绝缘导体 A 带正电 导体不带 电 由于静电感应 使导体 B 的 M 端带上负电 而 N 端则带等量的正电 荷 1 用导线连接 M N 导线中有无电流流过 2 若将 M N 分别用导线与大地相连 导线中有无电流流过 方 向如何 命题意图 考查对静电平衡特点及电流产生条件的理解能力 B 级要 求 图 11 1 图 11 2 图 11 3 图 11 4 图 11 5 错解分析 对电流形成的条件理解不深刻 误认为将 M N 两点相连会进行电中和现 象 有电流通过 解题方法与技巧 A 为带正电的场源电荷 由正电荷即形成的电场的电势分布可知 UA UB U地 其中 B 是电场中处于静电平衡的导体 UM UN UB 当用导线在不同位置间 连接时 电流定由高电势流向低电势 而在电势相等的两点间连接时 则导线中无电流通 过 所以 1 因为 UM UN 故导线中无电流 2 因为 UM UN UB U地 所以无论用导线将 M 还是 N 与大地相连 电流均由导 体 B 流向大地 锦囊妙计 高考对静电平衡内容的命题考查主要集中于对导体达到静电平衡的动态过程的分析以 及对静电平衡导体特点的把握与运用 命题综合性强 背景抽象 常以填空与选择题型呈现 于卷面 能考查学生的抽象思维能力及严密的逻辑推理能力 有较高的区分度 预计在 3 X 的理综测试中仍有可能再现 一 静电平衡导体的特点 孤立的带电导体和处于感应电场中的感应导体 当达到静电平衡时 具有以下特点 1 导体内部的场强处处为零 E内 0 没有电场线 2 整个导体是等势体 导体表面是等势面 但导体表面的场强并不一定相同 3 导体外部电场线与导体表面垂直 表面场强不一定为零 4 对孤立导体 净电荷分布在外表面上 并且电荷的分布与表面的曲率有关 曲率大 的地方电荷分布密 二 用导线连接不同静电平衡导体或同一导体不同部位时 判断电流方向的方法 1 判断有无电流要看导线两连接点有无电势差 判断电流流向要看两点电势高低 电 流总是由高电势点流向低电势点 2 一般思路 首先要明确哪个导体是场源电荷 哪个导体是电场中的导体 其次 判明 两不同导体或同一导体不同部位的两点间电势的高低 最后确定有无电流产生及电流的流 向 歼灭难点训练 1 如图 11 6 中 实心金属球 A 半径为 R 带 电量为 Q 点电荷 B 带电量为 q B 与 A 球间的距离为 r 当 B 不存在而只有 A 存在且达到静电平衡状态时 电荷 Q 在球心 O 处的电场强度等于 当点电荷 B 也同时存在并达到 静电平衡时 球心 O 处的电场强度等于 金属球上 的电荷在球心 O 处产生的场强的大小等于 2 如图 11 7 所示 A B 为两个大小不等的导 体球壳 RA RB 分别有正电荷 q 与 2q 1 球壳 B 与 A 接触一下后 将 B 放进 A 球壳内与内表面 接触 则 A 的带电情况是 B 的带电情况是 2 球壳 B 与 A 接触一下后 将 B 球壳放进 A 球壳内 使 A 瞬间接地 再将 B 与 A 的内表面接触 则 A 的带电情况是 B 球带电情况是 3 如图 11 8 所示 将一不带电的空腔导体 A 的 内壁与一外壳接地的静电计相连 又将另一个带正电的导体 B 向 A 移动 最后 B 与 A 接触 此过程中静电计指针将会 图 11 6 图 11 7 图 11 8 A B 与 A 未接触时指针不张开 接触时变大 B 指针一直不张开 C B 与 A 未接触时指针不张开 接触时变小 D B 与 A 靠近时指针张开 接触时张角最大 4 如图 11 9 所示 两个相同的空心金 属球 M 和 N M 带 Q 电荷 N 不带电 旁边各放一个 不带电的金属球 P 和 R M N 相距很远 互不影响 当将带正电 Q 的小球分别放入 M 和 N 的空腔时 A P R 上均出现感应电荷 B P R 上均没有感应电荷 C P 上有感应电荷 而 R 上没有感应电荷 D P 上没有感应电荷 而 R 上有感应电荷 5 如图 11 10 所示 一个带正电的绝缘金 属球壳 A 顶部开一小孔 有两只带正电的金属球 B C 用 金属导线连接 让 B 球置于球壳 A 内的空腔中 与内表面接 触后又提起 C 球放置在 A 球壳外 待静电平衡后正确的判 断是 A B C 两球都不带电 B B 球不带电 C 球带电 C 让 C 球接地后 B 球不带电 D 让 C 球接地后 A 球壳空腔内的场强为零 6 如图 11 11 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 点产生的电场强度的大小 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