高中物理 第1章 靜電場(chǎng) 第4節(jié) 電場(chǎng)中的導(dǎo)體學(xué)案 3-1

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGEPAGE1學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第4節(jié)電場(chǎng)中的導(dǎo)體學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加遵循平行四邊形定則，會(huì)應(yīng)用其進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)疊加運(yùn)算．（重點(diǎn))2。知道靜電感應(yīng)產(chǎn)生的原因及靜電平衡的概念．(重點(diǎn)）3.了解靜電屏蔽，知道靜電屏蔽的實(shí)際應(yīng)用．(難點(diǎn))場(chǎng)強(qiáng)疊加原理eq\o（［先填空］）1．內(nèi)容:若有幾個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在，它們產(chǎn)生的電場(chǎng)中任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于這幾個(gè)點(diǎn)電荷各自在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和．這個(gè)結(jié)論叫做場(chǎng)強(qiáng)的疊加原理．2．遵循的法則：場(chǎng)強(qiáng)的疊加遵循平行四邊形定則．eq\o（[再判斷］）1．場(chǎng)強(qiáng)疊加原理僅適用于點(diǎn)電荷共同形成的電場(chǎng)．（×）2．在場(chǎng)強(qiáng)疊加區(qū)域，電場(chǎng)線可以相交叉．(×)3．等量同種電荷連線上，中點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零．(√)eq\o（［后思考]）對(duì)于幾個(gè)點(diǎn)電荷共同形成的電場(chǎng)中的某一點(diǎn)，各個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)是否相互影響？怎樣計(jì)算它們的合場(chǎng)強(qiáng)？【提示】（1)各個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)是獨(dú)立的、互不影響的．（2)由于場(chǎng)強(qiáng)是矢量，故欲求出各個(gè)點(diǎn)電荷在某點(diǎn)受電場(chǎng)力的矢量和需用平行四邊形定則．（3)利用電場(chǎng)的疊加原理，理論上可計(jì)算出任意帶電體在任意點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)．eq\o([合作探討]）點(diǎn)電荷A和B,分別帶正電和負(fù)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(diǎn)電荷A、B連線之間場(chǎng)強(qiáng)方向如何?【提示】由A指向B。探討2：連線上場(chǎng)強(qiáng)為零的地方在哪？【提示】B左側(cè)．eq\o（[核心點(diǎn)擊])場(chǎng)強(qiáng)疊加原理（1）電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和．這種關(guān)系叫做電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加．例如，圖1。4。2中，P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于＋Q1在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度E1與－Q2在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度E2的矢量和．圖1.4.2（2）比較大的帶電體的電場(chǎng)，可把帶電體分做若干小塊，每小塊看成點(diǎn)電荷，用點(diǎn)電荷電場(chǎng)疊加的方法計(jì)算．（3)如圖1.4。3所示,均勻帶電球體（或球殼）外各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度：E＝keq\f（Q,r2）式中r是球心到該點(diǎn)的距離（r＞R），Q為整個(gè)球體所帶的電荷量．圖1。4.31．真空中兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷電荷量的值均為q,相距為r，兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為（)A．0 B．2kq/r2C．4kq/r2 D．8kq/r2【解析】?jī)牲c(diǎn)電荷在中點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)等大同向，E＝2keq\f(q，\b\lc\（\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r,2））)2)＝8keq\f(q，r2)?！敬鸢浮緿2．如圖1。4。4所示,邊長(zhǎng)為a的正三角形ABC的三個(gè)頂點(diǎn)分別固定三個(gè)點(diǎn)電荷＋q、＋q、－q,求該三角形中心O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)?！緦?dǎo)學(xué)號(hào)：34022011】圖1-4。4【解析】每個(gè)點(diǎn)電荷在O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)的疊加遵循矢量運(yùn)算法則，運(yùn)用圖解法可以簡(jiǎn)化思維過程.因此，作圖分析是解決此類問題的關(guān)鍵。靜電平衡與靜電屏蔽eq\o（[先填空]）1．靜電平衡導(dǎo)體中沒有電荷移動(dòng)的狀態(tài)叫做靜電平衡．處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零．電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上．2．靜電屏蔽中空導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，使得內(nèi)部空間不受外電場(chǎng)的影響．這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽．接地的中空導(dǎo)體也可以將內(nèi)部電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)屏蔽,使其對(duì)外部不產(chǎn)生影響．eq\o（［再判斷］）1．在電場(chǎng)中導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零．（√）2．處于靜電平衡的導(dǎo)體,凈電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上．（√)3．在電場(chǎng)中導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的感應(yīng)電荷的場(chǎng)強(qiáng)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)．圖1。4.5探討1：為什么籠內(nèi)的人安然無恙？【提示】金屬籠達(dá)到靜電平衡時(shí)，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零．籠內(nèi)不受外部電場(chǎng)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(yīng)電荷的電場(chǎng)和外電場(chǎng)疊加，合場(chǎng)強(qiáng)等于零時(shí)，導(dǎo)體中的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)，導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)．eq\o([核心點(diǎn)擊]）1．靜電平衡的實(shí)質(zhì)（1)在達(dá)到靜電平衡的過程中,外電場(chǎng)引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的定向移動(dòng)使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷,感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外電場(chǎng)方向相反，使合場(chǎng)強(qiáng)減小，隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加，合場(chǎng)強(qiáng)逐漸減小,直至合場(chǎng)強(qiáng)為零，自由電荷的定向移動(dòng)停止．（2）靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)存在兩個(gè)電場(chǎng):外電場(chǎng)E0和感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的附加電場(chǎng)E′,在導(dǎo)體內(nèi)部各位置，附加電場(chǎng)E′，與外電場(chǎng)E0方向相反、大小相等，導(dǎo)體內(nèi)各位置的合場(chǎng)強(qiáng)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(dǎo)體的特點(diǎn)（1）靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷的定向移動(dòng)；（2）靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部合場(chǎng)強(qiáng)處處為零，即E內(nèi)＝0;(3)靜電平衡導(dǎo)體表面電場(chǎng)方向與導(dǎo)體表面垂直；(4）凈電荷只分布在導(dǎo)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(diǎn)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(yīng)電荷在球心O處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)等于（）圖1。4。7A.eq\f（kQ,r2)－eq\f(kQ,R2) B.eq\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(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，是由于Q和導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部疊加后形成的．因而金屬球殼上感應(yīng)電荷在球心處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與Q在球心處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小相同、方向相反，故感應(yīng)電荷在球心O處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小為eq\f(kQ,r2）。故選D.【答案】D4．一金屬球原來不帶電,現(xiàn)沿球的直徑的延長(zhǎng)線放置一均勻帶電的細(xì)桿MN，如圖1.4。8所示，金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在球內(nèi)直徑上a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比（)【導(dǎo)學(xué)號(hào):34022012】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(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零,故a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都為零．靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零是感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外電場(chǎng)疊加的結(jié)果,所以感應(yīng)電荷在球內(nèi)某點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)與MN在這一點(diǎn)形成的電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)等大反向．比較a、b、c三點(diǎn)感應(yīng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，實(shí)質(zhì)上是比較帶電體MN在這三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)．由于c點(diǎn)離MN最近，故MN在c點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)最大，感應(yīng)電荷在c點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)也最大，正確答案為C項(xiàng)．【答案】C5．（多選)在如圖所示的實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)電器的箔片會(huì)張開的是（）【解析】題圖A中驗(yàn)電器箔片不會(huì)張開,金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場(chǎng)；題圖B中驗(yàn)電器箔片會(huì)張開，因?yàn)榻饘倬W(wǎng)未接地,網(wǎng)內(nèi)的帶電體可以對(duì)外界產(chǎn)生影響；題圖C中驗(yàn)電器箔片不會(huì)張開，因?yàn)榻饘倬W(wǎng)已接地,網(wǎng)內(nèi)的帶電體對(duì)網(wǎng)外無影響，網(wǎng)外的帶電體對(duì)網(wǎng)內(nèi)也無影響；題圖D中電荷Q由于網(wǎng)罩的作用對(duì)外無影響，但對(duì)內(nèi)仍有電場(chǎng)，故驗(yàn)電器箔片會(huì)張開．選項(xiàng)B、D正確．【答案】BD靜電屏蔽兩種情況屏蔽內(nèi)電場(chǎng)屏蔽外電場(chǎng)圖示實(shí)現(xiàn)過程因場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了