2017-2018學(xué)年高中物理魯科版選修3-1教學(xué)案：第1章第4節(jié)電場中的導(dǎo)體Word版含答案正式版

1、第4節(jié)/ 電場中的導(dǎo)體,1.如果有幾個點電荷同時存在,電場中任一點的電場強度等于這幾個點電荷各自在該點產(chǎn)生的電 場強度的矢量和。2 .處在電場中的導(dǎo)體，當達到靜電平衡時，內(nèi)部 電場強度處處為零。3 .金屬殼內(nèi)不受外部電場的影響的現(xiàn)象叫靜電屏、蔽。屏蔽意為無影響，并非擋住外電場。課前閂上學(xué)習(xí).基德才能樓高、場強疊加原理1 .概念若有幾個點電荷同時存在，它們產(chǎn)生的電場中任一點的電場強度等于這幾個點電荷各 自在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和。這個結(jié)論叫做場強的疊加原理。2 .方法場強的疊加遵循平行四邊形定則。3 .特點電場疊加具有普遍性，不僅點電荷的電場可以疊加，其他任何電場的場強都可以進行 疊加。二、

2、靜電平衡與靜電屏蔽1 .靜電平衡(1)定義：導(dǎo)體中沒有電荷移動的狀態(tài)。(2)特點導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零。電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上。2 .靜電屏蔽(1)定義：當中空的導(dǎo)體達到靜電平衡時，內(nèi)部無電場因而導(dǎo)體的外殼會對其囪部起 屏蔽作用,使它內(nèi)部不受電場影響的現(xiàn)象。(2)應(yīng)用：電子儀器和電子設(shè)備外面都有金屬殼.通信電纜外面包有一層金屬網(wǎng),高壓線路的檢修人員要穿屏蔽服等，都是利用靜電屏蔽現(xiàn)象消除外電場的影響。1 .自主思考一一判一判(1)在電場中導(dǎo)體處于靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)任一點的場強一定為零。(，)(2)在電場中導(dǎo)體處于靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)任一點感應(yīng)電荷的場強一定為零。(X)(3)在電場中導(dǎo)體處于靜電平

3、衡時，導(dǎo)體內(nèi)不再有電荷移動。(，)(4)幾個點電荷共同形成的電場中的某一點，各個點電荷的電場是相互影響的。(X)2 .合作探究一一議一議(1)電場強度的合成與力的合成有何相同之處？提示電場強度和力都是矢量，其合成都遵守平行四邊形定則。(2)靜電平衡的導(dǎo)體，其電荷分布在導(dǎo)體的外表面上，那么，導(dǎo)體內(nèi)部還有電荷嗎？提示靜電平衡是指導(dǎo)體內(nèi)部的合場強為零，沒有電荷定向移動， 并不是導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷。(3)形狀不規(guī)則的帶電體，表面上各處的電荷分布是否均勻？附近場強是否相等？提示在導(dǎo)體外表面，電荷分布不均勻，電場強度也不相等。課堂講練設(shè)計，舉一能通類題場強疊加問題中通知識1 .電場中某點的電場強度為各個點電

4、荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和。這種關(guān) 系叫做電場強度的疊加。例如，圖 1-4-1中，P點的電場強度等于+ Q1在該點產(chǎn)生的電場強 度E1與一Q2在該點產(chǎn)生的電場強度 E2的矢量和。圖 1-4-1圖 1-4-22 .比較大的帶電體的電場，可把帶電體分做若干小塊，每小塊看成點電荷，用點電荷 電場疊加的方法計算。Q - 一3 .如圖1-4-2所小，均勻帶電球體(或球殼)外各點的電場強度：E = kr2,式中r是球心 到該點的距離(rR), Q為整個球體所帶的電荷量。電通題組1 .如圖1-4-3所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點，。點為半圓弧的圓心，/ MOP =60O電荷量相等、符

5、號相反的兩個點電荷分別置于M、N兩點，這時O點電場強度的大小為Ei；若將N點處的點電荷移至 P點，則。點的場強大小變?yōu)?E2, Ei與E2之比為（A. 1 :C. 2 ：解析：選B圖 1-4-3B. 2 ： 1D. 4 v3 _，.一，1 . E1 根據(jù)題意，每個點電荷在 。點產(chǎn)生的場強為E1,則當EiN點處的點電何移至 P點時，O點場強如圖所不，合場強大小為 E2 = 2，一 Ei 2則=2 B正確。E2 12.如圖1-4-4所示，正點電荷 Q放在一勻強電場中， 在以Q為圓心、半徑為r的圓周上 有a、b、c三點，將檢驗電荷 q放在a點，它受到的靜電力正好為零，則勻強電場的大小和方向如何？b、

6、c兩點的場強大小和方向如何?圖 1-4-4kQE= r2 ,萬向解析：點電荷Q周圍空間的電場是由兩個電場疊加而成的。根據(jù)題意可知, 的場強和勻強電場的場強大小相等、方向相反，所以勻強電場的場強大小為2kQ2kQ向右。在b點，兩個電場合成可得 Eb = ;2y,萬向向右。在c點，兩個電場合成可得 Ec=12方向指向右上方，與 ab連線成45角。答案：kQ，方向向右；Eb= 2kQ,方向向右；Ec=2kQ,方向指向右上方，與 ab連線成45角。1考點二11靜電平衡與靜電屏蔽問題V-1 .靜電平衡的形成(1)自由電荷的移動：導(dǎo)體剛放入電場中的瞬間， 導(dǎo)體中的自由電荷受電場力 F的作用, 產(chǎn)生定向運動

7、(如圖1-4-5甲)，同時在導(dǎo)體中產(chǎn)生一個附加電場 E(如圖乙)，使自由電荷 又受電場力F的作用，F(xiàn)和F方向相反。(2)電場疊加：當E=E時，導(dǎo)體內(nèi)合場強為零(如圖丙)，自由電荷受合力也為零，這時導(dǎo)體中無電荷定向移動，即達到了靜電平衡狀態(tài)。(3)結(jié)論：處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場強度處處為零。圖 1-4-52 .靜電平衡時導(dǎo)體的特點(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零。導(dǎo)體內(nèi)部場強為零指的是外部電場和 附加電場的合場強為零，其效果相互抵消。(2)導(dǎo)體表面任一點的場強方向與該處的表面垂直。(3)凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上。(4)對于一孤立的帶電體，可視為導(dǎo)體處于自己所帶電荷的電場之中，達

8、到靜電平衡時,也有兩個基本特點：導(dǎo)體內(nèi)部的場強處處為零；導(dǎo)體所帶電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上。3 .靜電屏蔽的兩種情況(1)導(dǎo)體外部的電場影響不到導(dǎo)體內(nèi)部。 Q圖 1-4-6(2)接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場影響不到導(dǎo)體外部。圖 1-4-7q通題蛆MN ,如圖 1-4-81 .一金屬球，原來不帶電，現(xiàn)沿球直徑的延長線放置一均勻帶電細桿所示，金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場在球內(nèi)直徑上a、b、c三點的場強大小分別為 Ea、Eb、Ec,三者相比（）圖 1-4-8A. Ea最大B. Eb最大C. Ec最大D Ea=Eb= Ec解析：選C 金屬球處在帶電細桿的電場內(nèi)，靜電平衡時，帶電細桿和金屬球上感應(yīng)電荷在球內(nèi)各處產(chǎn)

9、生的合場強為零。 設(shè)帶電細桿在球內(nèi) a、b、c三點產(chǎn)生的場強分別為 Ea、 Eb、Ec ,靜電平衡時滿足條件 Ea -Ea=0, E Eb=0, Ec -Ec= 0。由于c點離 帶電細桿最近，帶電細桿在 c點的場強最大，因此感應(yīng)電荷在 c點產(chǎn)生的場強也最大。2 .使一個絕緣導(dǎo)體所帶電荷量增加一些，則導(dǎo)體內(nèi)部的場強將（）A. 一定增強B. 一定減弱C.可能增強也可能減弱D.保持不變解析：選D 孤立帶電體是處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場強處處為零，不隨電荷 量的變化而變化。3 .（多選）在如圖所示的實驗中，驗電器的箔片會張開的是（）解析：選BD 題圖A中驗電器箔片不會張開，金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場；題

10、圖 B中驗 電器箔片會張開，因為金屬網(wǎng)未接地，網(wǎng)內(nèi)的帶電體可以對外界產(chǎn)生影響；題圖C中驗電器箔片不會張開，因為金屬網(wǎng)已接地，網(wǎng)內(nèi)的帶電體對網(wǎng)外無影響，網(wǎng)外的帶電體對網(wǎng)內(nèi) 也無影響；題圖 D中電荷Q由于網(wǎng)罩的作用對外無影響，但對內(nèi)仍有電場，故驗電器箔片 會張開。選項 B、D正確。課后層級訓(xùn)練.步步提升能力一、基礎(chǔ)題曲熟4 .處于靜電平衡中的導(dǎo)體，內(nèi)部場強處處為零的原因是（）A.外電場不能進入導(dǎo)體內(nèi)部，導(dǎo)體內(nèi)部沒有電場B.所有感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的合場強為零C.外電場和所有感應(yīng)電荷的電場在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的結(jié)果為零D.以上解釋都不正確解析：選C 導(dǎo)體處于靜電平衡時，內(nèi)部場強處處為零，不是導(dǎo)體內(nèi)部沒有

11、電場而是 外電場與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強的合場強為零。5 .某研究性學(xué)習(xí)小組學(xué)習(xí)電學(xué)知識后對電工穿的高壓作業(yè)服進行研究，發(fā)現(xiàn)高壓作業(yè) 服是用銅絲編織的。下列各同學(xué)的認識正確的是（）A.甲認為銅絲編織的衣服不易拉破，所以用銅絲編織B.乙認為電工被銅絲編織的衣服包裹，使體內(nèi)為勻強電場，對人體起保護作用C.丙認為電工被銅絲編織的衣服包裹，使體內(nèi)電場強度保持為零，對人體起保護作用D. 丁認為銅絲必須達到一定的厚度，才能對人體起到保護作用解析：選C 高壓作業(yè)服用銅絲編織，是實現(xiàn)靜電屏蔽，以達到對人體的保護。3.（多選）關(guān)于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，以下說法正確的是（）A.電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上B.導(dǎo)體內(nèi)部場強

12、為零，表面場強不為零C .導(dǎo)體內(nèi)部場強為零，表面場強也為零D.導(dǎo)體內(nèi)部的電場只是感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場解析：選AB 根據(jù)靜電平衡的特點，易知 A、B正確，C錯誤；導(dǎo)體內(nèi)部的電場是外 部電場與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場的矢量和，則D錯誤。4.點電荷A和B,分別帶正電和負電，電荷量分別為4Q和Q,在A、B連線上，如圖1所示，則電場強度為零的地方在 （）Q 4Q-O- a a 圖1A. A和B之間B. A右側(cè)C. B左側(cè)D. A的右側(cè)及B的左側(cè)解析：選C 因為A帶正電，B帶負電，所以只有 A右側(cè)和B左側(cè)它們的電場強度方 向相反，因為 QaQb,所以只有 B左側(cè)，才有可能 Ea與Eb等大反向，因而才可能有 E

13、a 和Eb矢量和為零的情況。5 .（多選）如圖2所示，在真空中把一絕緣導(dǎo)體向帶負電的小球緩慢地靠近（不接觸），則下列說法中正確的是（）A. B端的感應(yīng)電荷越來越多B.導(dǎo)體內(nèi)場強越來越大C.感應(yīng)電荷在 M點產(chǎn)生的場強小于在 N點產(chǎn)生的場強D.感應(yīng)電荷在 M點和N點產(chǎn)生的場強相等解析：選AC 絕緣導(dǎo)體向帶電小球移動的過程中，導(dǎo)體中電荷受到的外電場的作用力變大，使內(nèi)部的自由電荷不斷移動，兩端聚集的電荷越來越多，選項 A正確；由于導(dǎo)體緩 慢移動，所以可以認為移動過程中導(dǎo)體一直處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場強處處、時時為零， 選項B錯誤；感應(yīng)電荷在 M、N點產(chǎn)生的場強應(yīng)與帶電小球在 M、N點產(chǎn)生的場強等大反

14、向，由點電荷的場強公式 E = kQ可知，選項C正確，D錯誤。6 .（多選）圖中P是一個帶電體，N是一個不帶電的金屬空腔，在哪些情況中，放在絕 緣板上的小紙屑（圖中S）不會被吸引（）ABCD解析：選AD 小紙屑是絕緣體，當處于電場中時，雖不會像導(dǎo)體一樣出現(xiàn)電荷的定向 移動，但也會受到施感電荷的吸引力。A中由于靜電屏蔽，N內(nèi)部無電場，所以 S不會被吸引，A正確。B中N沒有接地，P的電場會影響到 N外部，即S處有電場，S會被吸引。 C中P和S都處于導(dǎo)體N的外部，S處有電場，會被吸引。 D中N被接地，內(nèi)部電場不影 響導(dǎo)體外部，即 S處無電場，不會被吸引，D正確。二、易錯題俱明7 .如圖3所示，金屬球

15、殼的內(nèi)外表面分別用C、D表示，B球與金屬球殼內(nèi)表面緊密接觸。金屬小球 A原來帶正電，金屬球殼與金屬小球B原來不帶電，當用一根導(dǎo)線將A、B兩球連接時，以下判斷中正確的是 （）A. A與B帶正電，C帶負電，D帶正電B. D帶正電，A帶正電，B與C不帶電C.只有A帶正電，其他均不帶電D. A帶正電，D帶負電，B與C不帶電解析：選B A與B用導(dǎo)線連接后，A、B兩球以及球殼成為一個大導(dǎo)體，A球表面及球殼的外表面 D相當于大導(dǎo)體的外表面，B球表面及球殼內(nèi)表面相當于大導(dǎo)體的內(nèi)表面，因為靜電平衡導(dǎo)體的電荷只分布在外表面上，故B正確，A、C、D錯誤。8.（多選）如圖4所示，接地的金屬板右側(cè)有固定的點電荷+Q,

16、a、b是金屬板右側(cè)表面的兩點，其中a到+Q的距離較小。下列說法中正確的是（）6o, +Q圖4A.由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負電，左側(cè)表面帶正電B.由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負電，左側(cè)表面不帶電C. a、b兩點的電場強度不為零，且a、b兩點場強方向相同，但 a點的場強比b點的場強小一些D. a、b兩點的電場強度不為零，且a、b兩點場強方向相同，但 a點的場強比b點的場強大一些解析：選BD 金屬板若不接地，右側(cè)表面將有感應(yīng)的負電荷，左側(cè)表面將有感應(yīng)的等量的正電荷。現(xiàn)將金屬板左側(cè)表面接地，自由電子通過接地導(dǎo)線移向金屬板左側(cè)表面，達到靜電平衡時左側(cè)表面不帶電，而金屬板右側(cè)表面所帶電荷不變，故

17、A錯誤，B正確。金 屬板接地時，右側(cè)表面上仍有感應(yīng)負電荷，而且 a點附近的電荷面密度（單位表面積的電荷 量）比b點附近的電荷面密度要大些，場強要大些，電場線要密一些，故 C錯誤，D正確。三、能力題通9.如圖5所示，空心導(dǎo)體上方有一靠近的帶有正電的帶電體。當一個重力不計的正電荷以速度v水平飛入空心導(dǎo)體內(nèi)時，電荷將做 （）+ + + + +V-0圖5A.向上偏轉(zhuǎn)的類似平拋運動B.向下偏轉(zhuǎn)的類似平拋運動C.勻速直線運動D.變速直線運動解析：選C 空心導(dǎo)體處在帶正電的帶電體的附近，根據(jù)電場中導(dǎo)體的特點，空心導(dǎo) 體起到了靜電屏蔽的作用，使得內(nèi)部電場強度為零，電荷不受電場力的作用，所以做勻速 直線運動，C

18、選項正確。10.如圖6所示，有一帶電荷量為+ q的點電荷與均勻帶電圓形薄板相距為2d, + q到帶電薄板的垂線通過板的圓心。若圖中a點處的電場強度為零，則圖中 b點處的電場強度大小是()A 端rkd2C. 0圖6B端廠蟒d kq2d解析：選A a點的場強為：Ea= Eqa E板a=0,解得：E板a= Eqa =kdd2，由對稱性可知，帶電薄板在b點產(chǎn)生的場強大小為：E板b= E板a=卜券 方向由薄板指向b點，點電荷q在b點產(chǎn)生的電場的場強為：Eqb=,方向由點電荷指向 b點，則b點的電場強度大小為：盛=/+ E板產(chǎn)蟠+吟，B、C、D錯誤，A正確。11.如圖7所示,真空中,帶電荷量分別為+Q和一

19、Q的點電荷A、B相距為r,則:一,H+QO-Q圖7(1)點電荷A、B在中點O處產(chǎn)生的場強分別為多大？方向如何?(2)兩點電荷連線的中點。處的場強為多大？方向如何?2(3)在兩點電荷連線的中垂線上，距A、B都為2 r的。點的場強多大？萬向如何?解析：(1)A、B兩點電荷在 。點產(chǎn)生的場強方向相同，均為A-B。A、B兩點電荷在 kQ 4kQo點產(chǎn)生的電場強度ea= EB=-kQ=4kQo工2 r8kQ 、(2)O點的場強為Eo=Ea+Eb=7-,萬向為A-B。kQ ，一 2。O點的場強 _ , kQ 一(3)如圖所示，點電荷在O點的場強大小為 Ea =Eb =%薩=2.*Eo =、Ea 2+ Eb

20、 2 = 2/2kQ,方向為 A-B。答案：見解析12.如圖8所示，邊長為 L的正方形四個頂點 A、B、C、D處依次放置有點電荷2Q、 + 2Q、 Q、+2Q,試求正方形的中心 O點處的場強。解析：B、D兩點處的點電荷在 O點處產(chǎn)生的場強等值反向。A點處的點電荷在 O點處產(chǎn)生的場強大小為C點處的點電荷在 O點處產(chǎn)生的場強大小為kQLEc =A、C兩點處的點電荷在 O點處產(chǎn)生的場強方向相反。綜上所述，O點處的場強大小為E = Ea- Ec= kLQ,方向沿OA連線指向Ao答案：場強大小為 不 ,方向沿重難點強化練（一）OA連線指向A電場力的性質(zhì)甲乙1所示，由此對摩A錯。由于B錯，C對。由1 .（

21、多選）用棉布分別與丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦實驗結(jié)果如圖 擦起電說法正確的是（）內(nèi)嫡 + +4+ +圖1A.兩個物體摩擦?xí)r，表面粗糙的易失去電子B.兩個物體摩擦起電時，一定同時帶上種類及數(shù)量不同的電荷C.兩個物體摩擦起電時，帶上電荷的種類不同但數(shù)量相等D.同一物體與不同種類物體摩擦，該物體的帶電荷種類可能不同解析：選CD 兩物體摩擦?xí)r得失電子取決于原子核對電子的束縛力大小, 摩擦起電的實質(zhì)是電子的得失，所以兩物體帶電種類一定不同，數(shù)量相等,題中例子不難看出同一物體與不同種類物體摩擦，帶電荷種類可能不同,D對。2.有一接地的導(dǎo)體球殼， 如圖2所示，球心處放一點電荷 q,達到靜電平衡時，則（A.

22、q的電量變化時，球殼外電場隨之改變B. q在球殼外產(chǎn)生的電場強度為零C.球殼內(nèi)、外表面的電荷在殼外的合場強為零D. q與球殼內(nèi)表面的電荷在殼外的合場強為零解析：選D 當導(dǎo)體球殼接地時，殼內(nèi)電荷在殼外表面所產(chǎn)生的感應(yīng)電荷流入大地，這時殼內(nèi)電荷與殼內(nèi)表面的感應(yīng)電荷在殼內(nèi)壁以外（包含導(dǎo)體殼層）任一點的合場強為零。故選項D正確。3 .如圖3所示，實線是一簇未標明方向的由點電荷Q產(chǎn)生的電場線，若帶電粒子 q（|Q|? |q|）由a運動到b,電場力做正功。已知在a、b兩點粒子所受電場力分別為Fa、Fb,則下列判斷正確的是（）圖3q帶正電，F(xiàn)a F b q帶正電，F(xiàn)a F b q帶正電，F(xiàn)aEcD. a、c

23、兩點場強方向相同解析：選AD 負點電荷形成的電場中，各點的場強方向都由該點指向場源電荷，a、c兩點在同一條電場線上，因此兩點的場強方向相同，即選項 D正確；場強大小可以根據(jù)電場線的疏密程度加以判定，由于c處電場線比a處密，故a、c兩點場強大小關(guān)系為 EcEa,C項錯誤；a、b兩點處在同一圓周上， 電場線疏密程度相同， 因此a、b兩點場強大小相等，但方向不同，放同一檢驗電荷在 a、b兩點所受電場力大小相等，方向不同，故A項正確,B項錯誤。8.如圖6所示的電場中，虛線為某帶電粒子只在電場力作用下的運動軌跡，a、b、c是軌跡上的三個點，則（）圖6A.粒子一定帶正電8. 粒子一定是從 a點運動到b點C

24、.粒子在c點加速度一定大于在 b點加速度D.粒子在電場中c點的速度一定大于在 a點的速度解析：選AC 曲線運動的物體，合力指向運動軌跡的內(nèi)側(cè)，由此可知，帶電粒子受到 的電場力的方向為沿著電場線向左，所以粒子帶正電，A正確；粒子不一定是從 a點沿軌跡運動到b點，也可能從b點沿軌跡運動到a點，B錯誤；由電場線的分布可知，粒子在 c 點所受的力較大，加速度一定大于在b點的加速度，C正確；若粒子從c運動到a,電場力與速度成銳角，則粒子做加速運動；若粒子從a運動到c,電場力與速度成鈍角，則粒子做減速運動，故在 c點的速度一定小于在 a點的速度，D錯誤；故選 A、Co二、計算題（本題共3小題，共52分）9

25、. （16分）地球是一個帶電體，且電荷均勻分布于地球表面。若已知地球表面附近有一 電量為2X 10-4C的正電荷受到4X10-3N的電場力，且方向豎直向下，則地球帶何種電荷？ 設(shè)地球帶電量集中于地球中心，則所帶總電量為多少？（已知地球半徑 R=6.4X 106m, k =9X 109N m2/C2）解析：設(shè)地球所帶電量為 Q,則地球表面附近的場強 E = RQ據(jù)場強定義知E = F q將 k=9X109N m2/C2, R=6.4X106m, F = 4X10 3N, q=2x 10 4C 代入求得 Q= 9.1X104C。因正電荷受到的電場力豎直向下，故地球附近的電場方向豎直向下，即指向地 心，地球帶負電。答案：帶負電 Q= 9.1X104C10. （