高中物理魯科版1第一章靜電場第四節(jié)電場中的導體 2023版第1章第4節(jié)電場中的導體

第4節(jié)電場中的導體學習目標知識脈絡1.知道電場強度的疊加遵循平行四邊形定則，會應用其進行場強疊加運算．(重點)2.知道靜電感應產生的原因及靜電平衡的概念．(重點)3.了解靜電屏蔽，知道靜電屏蔽的實際應用．(難點)場強疊加原理eq\o([先填空])1．內容：若有幾個點電荷同時存在，它們產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生的電場強度的矢量和．這個結論叫做場強的疊加原理．2．遵循的法則：場強的疊加遵循平行四邊形定則．eq\o([再判斷])1．場強疊加原理僅適用于點電荷共同形成的電場．(×)2．在場強疊加區(qū)域，電場線可以相交叉．(×)3．等量同種電荷連線上，中點場強為零．(√)eq\o([后思考])對于幾個點電荷共同形成的電場中的某一點，各個點電荷產生的電場是否相互影響？怎樣計算它們的合場強？【提示】(1)各個點電荷產生的電場是獨立的、互不影響的．(2)由于場強是矢量，故欲求出各個點電荷在某點受電場力的矢量和需用平行四邊形定則．(3)利用電場的疊加原理，理論上可計算出任意帶電體在任意點的場強．eq\o([合作探討])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1-4-1所示．圖1-4-1探討1：點電荷A、B連線之間場強方向如何？【提示】由A指向B.探討2：連線上場強為零的地方在哪？【提示】B左側．eq\o([核心點擊])場強疊加原理(1)電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產生的電場強度的矢量和．這種關系叫做電場強度的疊加．例如，圖1-4-2中，P點的電場強度等于＋Q1在該點產生的電場強度E1與－Q2在該點產生的電場強度E2的矢量和．圖1-4-2(2)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．(3)如圖1-4-3所示，均勻帶電球體(或球殼)外各點的電場強度：E＝keq\f(Q,r2)式中r是球心到該點的距離(r＞R)，Q為整個球體所帶的電荷量．圖1-4-31．真空中兩個等量異種點電荷電荷量的值均為q，相距為r，兩點電荷連線中點處的場強為()A．0 B．2kq/r2C．4kq/r2 D．8kq/r2【解析】兩點電荷在中點處的場強等大同向，E＝2keq\f(q,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r,2)))2)＝8keq\f(q,r2).【答案】D2．如圖1-4-4所示，邊長為a的正三角形ABC的三個頂點分別固定三個點電荷＋q、＋q、－q，求該三角形中心O點處的場強.【導學號：34022023】圖1-4-4【解析】每個點電荷在O點處的場強大小都為EA＝EB＝EC＝keq\f(q,\f(\r(3),3)a2)＝eq\f(3kq,a2)，方向如圖所示，EA與EB的夾角為120°，故EA、EB的矢量和大小EAB＝EA＝EB，方向與EC方向相同，則O點處的場強E＝EAB＋EC＝eq\f(3kq,a2)＋eq\f(3kq,a2)＝eq\f(6kq,a2)，方向由O指向C.【答案】eq\f(6kq,a2)，方向由O指向C場強的疊加遵循矢量運算法則，運用圖解法可以簡化思維過程.因此，作圖分析是解決此類問題的關鍵.靜電平衡與靜電屏蔽eq\o([先填空])1．靜電平衡導體中沒有電荷移動的狀態(tài)叫做靜電平衡．處于靜電平衡的導體內部場強為零．電荷只分布在導體的外表面上．2．靜電屏蔽中空導體達到靜電平衡時，內部場強為零，使得內部空間不受外電場的影響．這種現象叫做靜電屏蔽．接地的中空導體也可以將內部電荷產生的電場屏蔽，使其對外部不產生影響．eq\o([再判斷])1．在電場中導體處于靜電平衡時，導體內任一點的場強為零．(√)2．處于靜電平衡的導體，凈電荷只能分布在導體的外表面上．(√)3．在電場中導體處于靜電平衡時，導體內任一點的感應電荷的場強為零．(×)eq\o([后思考])什么材料的物體才適合做靜電屏蔽器？【提示】金屬材料的物體才能做靜電屏蔽器．靜電屏蔽的原理是靜電平衡，只有金屬導體才能處于靜電平衡狀態(tài)．eq\o([合作探討])如圖1-4-5所示，金屬籠中的人在做電擊實驗．圖1-4-5探討1：為什么籠內的人安然無恙？【提示】金屬籠達到靜電平衡時，內部場強處處為零．籠內不受外部電場的影響，故人安然無恙．探討2：靜電平衡狀態(tài)是怎樣形成的？【提示】感應電荷的電場和外電場疊加，合場強等于零時，導體中的自由電子不再發(fā)生定向移動，導體達到了靜電平衡狀態(tài)．eq\o([核心點擊])1．靜電平衡的實質(1)在達到靜電平衡的過程中，外電場引起導體內自由電荷的定向移動使導體兩側出現感應電荷，感應電荷的電場和外電場方向相反，使合場強減小，隨著感應電荷的繼續(xù)增加，合場強逐漸減小，直至合場強為零，自由電荷的定向移動停止．(2)靜電平衡時，導體內存在兩個電場：外電場E0和感應電荷在導體內部產生的附加電場E′，在導體內部各位置，附加電場E′，與外電場E0方向相反、大小相等，導體內各位置的合場強為零，自由電荷所受合力為零．靜電平衡的形成過程如圖1-4-6所示：圖1-4-62．靜電平衡導體的特點(1)靜電平衡導體內部沒有電荷的定向移動；(2)靜電平衡導體內部合場強處處為零，即E內＝0；(3)靜電平衡導體表面電場方向與導體表面垂直；(4)凈電荷只分布在導體的外表面上，外表面上曲率半徑越大，凈電荷分布的密度越?。?．如圖1-4-7所示，接地金屬球A的半徑為R，球外點電荷的電荷量為Q，到球心的距離為r.則該金屬球上的感應電荷在球心O處產生的場強等于()圖1-4-7\f(kQ,r2)－eq\f(kQ,R2) \f(kQ,r2)＋eq\f(kQ,R2)C．0 D．keq\f(Q,r2)【解析】靜電平衡狀態(tài)下導體內部場強為零，是由于Q和導體上的感應電荷在導體內部疊加后形成的．因而金屬球殼上感應電荷在球心處產生的場強與Q在球心處產生的場強大小相同、方向相反，故感應電荷在球心O處產生的場強大小為eq\f(kQ,r2).故選D.【答案】D4．一金屬球原來不帶電，現沿球的直徑的延長線放置一均勻帶電的細桿MN，如圖1-4-8所示，金屬球上感應電荷產生的電場在球內直徑上a、b、c三點的場強大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比()【導學號：34022023】圖1-4-8A．Ea最大 B．Eb最大C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec【解析】處于靜電平衡的導體內部場強處處為零，故a、b、c三點的場強都為零．靜電平衡的導體內部場強為零是感應電荷產生的電場與外電場疊加的結果，所以感應電荷在球內某點產生的電場的場強與MN在這一點形成的電場的場強等大反向．比較a、b、c三點感應電場的場強，實質上是比較帶電體MN在這三點的場強．由于c點離MN最近，故MN在c點的場強最大，感應電荷在c點場強也最大，正確答案為C項．【答案】C5．(多選)在如圖所示的實驗中，驗電器的箔片會張開的是()【解析】題圖A中驗電器箔片不會張開，金屬網可以屏蔽外電場；題圖B中驗電器箔片會張開，因為金屬網未接地，網內的帶電體可以對外界產生影響；題圖C中驗電器箔片不會張開，因為金屬網已接地，網內的帶電體對網外無影響，網外的帶電體對網內也無影響；題圖D中電荷Q由于網罩的作用對外無影響，但對內仍有電場，故驗電器箔片會張開．選項B、D正確．