关于电场中的导体问题的几点思考

关于电场中的导体问题的几点思考

在学习“场中的轴”的内容时，许多学生会注意到“场中的轴”的特点，但在解决特定问题时，它们不能灵活使用。特别是在遇到金属球外壳的静电平衡问题时，往往无法开始，无法找到好的解决方案。在不同的静平衡条件下，金属球壳的重叠思想可以用来讨论电压、电压、电势等问题。1孤立带电金属球壳的静电平衡(1)根据孤立带电导体在处于静电平衡状态时,其内部不会有净电荷,故金属球壳所带电量全部均匀分布于外表面.如图1表示薄金属球壳A带正电q时电荷在外表面的分布情况.(2)球壳内部及球壳的空腔内电场强度处处为零(这是因为外表面均匀分布的电荷在其中产生的电场叠加后合场强为零),电势相等,球壳及空腔部分为一等势体.(3)球壳外距离球心r(r>R)处的P点的场强大小,等于球壳外表面电荷q等效位于球心O点处的点电荷所产生的电场.即:EP=kqr2.EΡ=kqr2.2处于外电场中的金属球壳的静电平衡如果将金属球壳放于点电荷电场或匀强电场中达到静电平衡时,其内部(含空腔部分)不受外电场的影响,即电场强度处处为零(这是因为金属球壳外施感电荷的电场与球壳外表面的感应电荷的电场叠加后的合场强为零,而不是球壳外表面的感应电荷在其中产生的电场强度为零),球壳是一个等势体,这就是静电屏蔽.图2表示球壳A处于带正电量为Q的点电荷B的电场中,且达到静电平衡.球壳的右端感应出负电荷q1、左端感应出正电荷q2,由电场线分布特点可知,Q>-q1=q2.3处于球壳空腔内电荷的电场中的静电平衡声波、棱镜、玻尔理论等.③有些内容在高中过难,作为选学,可以用讲座等形式向学生介绍.如“广义相对论简介”等.3学习新大纲的几点思考3.1转变教育理念,体现素质教育修改后的大纲在注重知识传播的同时,更加关注学生的终身发展和培养学生的探究能力和实践能力,强调学生的情感教育,使学生形成人生的正确价值观,变“学会”为“会学”,真正起到了学生终身教育的功能.在即将出台《物理课程标准》中,将科学探究列入“课程标准”、“内容标准”和“实施意见”中,可以看到,科学探究既是物理课程的目标,又是物理课程的重要内容.3.2适应新的要求,改变教学方法联系到基础教育改革中突出创新精神和实践能力的培养,2003年高考时间提前一个月,因此,在教学中要注意删除“繁难偏旧”的内容,加强方法、应用、探究等方面的内容.切实减轻学生课业负担,注重课堂启发式教学,大力加强实验教学.3.3首次提出教学评估要求大纲以前的考核改为现在的教学评价,最大的区别不是以笔试成绩评定学生的依据,而是更多的关注学生的发展,发挥评价的激励和诊断作用,不过分强调评价的甄别与选拔功能.教学评价的形式是多样的:如学习记录、书面考试、实际操作、作业和课题研究成果讲评等.如图3所示,将一电量为+Q的带电小球B(视为点电荷)放入中性薄金属球壳内中心处,由于静电感应,球壳内壁感应出等量异种电荷q1、球壳外表面感应出等量同种电荷q2,即Q=-q1=q2.感应电荷q1、q2都均匀分布于内、外壁上,图中未画出其电场线.3.1关于电场强度(1)球壳内空腔部分的电场:由于感应电荷q1、q2都均匀分布,其在空腔内产生的电场强度均为零,因此,空腔内的电场便为点电荷Q产生的电场.(2)球壳内的电场:由于球壳已达到静电平衡,电场强度恒等于零.感应电荷q2均匀分布于外表面,其在该处产生的电场为零;点电荷Q和感应电荷q1在该处产生的电场叠加后合场为零.(3)点电荷Q和感应电荷q1在球壳外的区域产生的合场恒为零(从点电荷B发出的电场线终止于内壁),因此球壳外表面以外空间的电场为均匀分布于球壳外表面的感应电荷q2产生,其分析和计算完全类似于孤立带电金属球壳外的电场.由以上讨论可见,当点电荷位于球心时,求解电场强度或判断电势高低可等效为真空中一点电荷所产生的电场,即“去掉”薄球壳,其电场线在球壳所在处间断.3.2将球壳接地图3中,如将金属球壳接地,球壳接地时外表面的感应电荷便导入大地(被中和),因而球壳外的电场随之消失,即腔内电荷(点电荷Q和内壁上的感应电荷q1)对腔外空间电场没有影响.可见,球壳接地时可实现静电双屏蔽.3.3带电小球和球壳接触如图4所示,球壳A与带电小球B按图示用导线连起来,A、B构成一个整体,电荷重新分配,即一部分电荷导入球壳A,使A的外表面带正电荷,而内表面不带电.图3中,当带电小球B不位于球壳中心时,则感应电荷q1不均匀分布、而球壳外表面感应电荷q2仍然均匀分布,q2均匀分布于球壳外表面,不受空腔内施感电荷位置的影响.例1.不带电的金属球壳B置于绝缘支架上,B空腔中心放有用丝线悬挂的带正电的小球A,如图5(a)所示,则下列说法正确的是:(A)达到静电平衡时,球壳B空腔内的电场强度为零.(B)达到静电平衡后,球壳B外表面电势高,内表面电势低.(C)如图(b)示,把用细线悬吊着的带负电的小球C向B靠近时,小球A位置不变,球C向左偏离.(D)如图(c)示,若将球B外侧接地,则绝缘的枕形导体D左端带负电,右端带正电.分析与解:空腔的电场为电荷A产生的,金属球壳静电平衡时为一等势体,故(A)、(B)错;当C靠近B时,因静电屏蔽,B球内电场不变,A位置不变(A、C间有没有库仑力?),但C受到B外表面感应的正电荷的作用而左偏,故(C)正确;B外侧接地,则壳外无电场,D不发生静电感应,(D)错.例2.如图6所示,空腔导体A不带电,金属球B置于A内,并通过导线和开关S与地连接.S断开前B带负电.若将B与A的内壁接触,则接触后B的带电情况如何?此后若把B移至原位置再将开关S闭合,B的带电情况又如何?分析与解:当B与A接触时即构成一个大导体,其内部不分布净电荷,故B的负电荷全部移至A的外表面,B不带电.B复位后再将开关S闭合,则B通过导线与地球构成一个大导体,且该大导体处于A的负电荷所产生的电场中.带负电的A电势小于