第1章 第4節(jié)　電場(chǎng)中的導(dǎo)體

1、.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)老師用書獨(dú)具1知道電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加遵循平行四邊形定那么，會(huì)應(yīng)用其進(jìn)展場(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理解靜電屏蔽，知道靜電屏蔽的實(shí)際應(yīng)用難點(diǎn)自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知知識(shí)梳理一、場(chǎng)強(qiáng)疊加原理1概念假設(shè)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)論叫作場(chǎng)強(qiáng)的疊加原理2方法場(chǎng)強(qiáng)的疊加遵循平行四邊形定那么3特點(diǎn)電場(chǎng)疊加具有普遍性，不僅點(diǎn)電荷的電場(chǎng)可以疊加，其他任何電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)都可以進(jìn)展疊加二、靜電平衡與靜電屏蔽1靜電平衡1定義：導(dǎo)體中沒有電荷挪動(dòng)的狀態(tài)2

2、特點(diǎn)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零電荷只分布在導(dǎo)體的外外表上2靜電屏蔽1定義：當(dāng)中空的導(dǎo)體到達(dá)靜電平衡時(shí)，內(nèi)部無電場(chǎng)，因此導(dǎo)體的外殼會(huì)對(duì)其內(nèi)部起屏蔽作用，使它內(nèi)部不受電場(chǎng)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(chǎng)的影響根底自測(cè)1考慮判斷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)×提示場(chǎng)強(qiáng)疊加原理適用于所有場(chǎng)2在場(chǎng)強(qiáng)疊加區(qū)域，電場(chǎng)線可以相穿插×提示電場(chǎng)線是疊加場(chǎng)的電場(chǎng)線，空間不相交3等量同種電荷連線上，中點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零4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)為零5處于靜電平衡的導(dǎo)體，

3、凈電荷只能分布在導(dǎo)體的外外表上6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×提示導(dǎo)體內(nèi)合場(chǎng)強(qiáng)為零7靜電屏蔽就是空腔導(dǎo)體把電場(chǎng)擋在了外面×提示是因感應(yīng)電荷的場(chǎng)與原來空間場(chǎng)疊加，而使空腔內(nèi)合場(chǎng)強(qiáng)為零2對(duì)于處在靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，以下說法正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：46242039】A導(dǎo)體內(nèi)部既無正電荷，又無負(fù)電荷B導(dǎo)體內(nèi)部和外外表處的電場(chǎng)強(qiáng)度均為零C導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體外表的電荷代數(shù)和為零D導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零是外加電場(chǎng)與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)疊加的結(jié)果D導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部無凈電荷，即其正、負(fù)電荷總量相等，電荷量為零，其外表處有凈電荷，以致于該處電場(chǎng)強(qiáng)

4、度不為零，導(dǎo)體外表的電荷代數(shù)和不一定為零，應(yīng)選項(xiàng)D正確合 作 探 究·攻 重 難電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理的理解1.場(chǎng)強(qiáng)疊加的適用條件：場(chǎng)強(qiáng)的疊加原理不僅適用于幾個(gè)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)疊加，也適用于勻強(qiáng)電場(chǎng)和非勻強(qiáng)電場(chǎng)的疊加，都遵從平行四邊形定那么2某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的疊加：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)度的矢量和場(chǎng)強(qiáng)的疊加遵循平行四邊形定那么，如圖1­4­1甲所示圖1­4­13均勻帶電球周圍的場(chǎng)強(qiáng)：均勻帶電球體或球殼外各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度：Ek，式中r是球心到該點(diǎn)的間隔 rR，Q為整個(gè)球體或球殼所帶的電荷量，如圖1­4­1乙所示如圖

5、1­4­2所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)A、B、C、D處依次放置有點(diǎn)電荷2Q、2Q、Q、2Q，試求正方形的中心O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)圖1­4­2思路點(diǎn)撥：先求出四個(gè)點(diǎn)電荷在O點(diǎn)處分別產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度，再進(jìn)展矢量合成解析B、D兩點(diǎn)處的點(diǎn)電荷在O點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向相反，合場(chǎng)強(qiáng)為零A點(diǎn)處的點(diǎn)電荷在O點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小為EAkk，方向沿OA連線指向A.C點(diǎn)處的點(diǎn)電荷在O點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小為ECkk，方向沿OC連線指向C.A、C兩點(diǎn)處的點(diǎn)電荷在O點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向相反綜上所述，O點(diǎn)處的合場(chǎng)強(qiáng)為EEAECk，方向沿OA連線指向A.答案k，方向沿OA連線指向A計(jì)算合場(chǎng)

6、強(qiáng)的三點(diǎn)注意1明確有幾個(gè)場(chǎng)源2分析各個(gè)場(chǎng)源在所考察的位置或空間激發(fā)電場(chǎng)的大小和方向3根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理，多個(gè)場(chǎng)源激發(fā)電場(chǎng)的合電場(chǎng)強(qiáng)度等于各個(gè)電場(chǎng)單獨(dú)存在時(shí)，在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和針對(duì)訓(xùn)練1如圖1­4­3所示，真空中，帶電荷量分別為Q和Q的點(diǎn)電荷A、B相距r，那么：圖1­4­31點(diǎn)電荷A、B在中點(diǎn)O產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)分別為多大？方向如何？2兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O的場(chǎng)強(qiáng)為多大？3在兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上，距A、B兩點(diǎn)都為r的O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)如何？ 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：46242040】甲解析1如圖甲所示，A、B兩點(diǎn)電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向一樣，均由AB，A、B兩點(diǎn)電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生的

7、電場(chǎng)強(qiáng)度大小EAEB.2O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為EOEAEB，方向由AB.乙3如圖乙所示，EAEB，由矢量圖所形成的等邊三角形可知，Q點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)EOEAEB，方向由AB.答案1，方向由AB，方向由AB2，方向由AB3，方向由AB靜電平衡的理解及應(yīng)用1.靜電平衡的本質(zhì)靜電平衡的本質(zhì)是外電場(chǎng)和感應(yīng)電荷的電場(chǎng)的疊加靜電平衡時(shí)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零2對(duì)靜電平衡的理解1靜電平衡是自由電荷發(fā)生定向挪動(dòng)的結(jié)果，到達(dá)靜電平衡狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，自由電荷不再發(fā)生定向挪動(dòng)2金屬導(dǎo)體到達(dá)靜電平衡狀態(tài)的時(shí)間是非常短暫的3導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)的特點(diǎn)1導(dǎo)體內(nèi)沒有

8、電荷的定向挪動(dòng)2內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零3導(dǎo)體外表上任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向都跟該處外表垂直4凈電荷只分布在導(dǎo)體外表“凈即導(dǎo)體中正負(fù)電荷中和后凈剩的意思，且越鋒利處電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有凈電荷處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零的原因是A導(dǎo)體內(nèi)部無任何電場(chǎng)B外加電場(chǎng)不能進(jìn)入導(dǎo)體內(nèi)部C所有感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的合電場(chǎng)強(qiáng)度為零D外加電場(chǎng)和所有感應(yīng)電荷的電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的結(jié)果為零D處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零是感應(yīng)電荷的電場(chǎng)與外加電場(chǎng)疊加的結(jié)果，應(yīng)選項(xiàng)D正確對(duì)靜電平衡中“內(nèi)與“合的說明“內(nèi)僅指導(dǎo)體內(nèi)部，導(dǎo)體的外表上的場(chǎng)強(qiáng)是否為零應(yīng)看此外表是否分布凈電荷“合是指內(nèi)外電場(chǎng)即外部

9、電場(chǎng)與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的矢量和針對(duì)訓(xùn)練2在電荷量為Q的點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，假設(shè)圓盤平面與點(diǎn)電荷在同一平面內(nèi)，那么圓盤上感應(yīng)電荷在圓盤中A點(diǎn)所激發(fā)的附加場(chǎng)強(qiáng)E的方向在以下選項(xiàng)中正確的選項(xiàng)是A感應(yīng)電荷在圓盤中A點(diǎn)激發(fā)的附加場(chǎng)強(qiáng)E應(yīng)與點(diǎn)電荷在A點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)等大反向，選項(xiàng)A正確靜電屏蔽的理解及應(yīng)用1.靜電屏蔽的兩種情況屏蔽外電場(chǎng)屏蔽內(nèi)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)體球殼外表上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，到達(dá)靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場(chǎng)的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，外外表的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場(chǎng)消失，起到屏蔽內(nèi)電場(chǎng)的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)

10、體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡2.靜電屏蔽的本質(zhì)利用靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)的感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外加電場(chǎng)的矢量和為零，好似金屬殼將外電場(chǎng)“擋在外面，即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場(chǎng)并存，矢量和為零而已如圖1­4­4所示，A為空心金屬球，B為金屬球，A、B原來不帶電，將另一帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央，不接觸A球，然后用手接觸一下A球，再用手接觸一下B球，再移走C球，那么圖1­4­4AA球帶負(fù)電荷，B球帶正電荷BA球帶負(fù)電荷，B球不帶電CA、B兩球都帶負(fù)電荷DA、B兩球都帶正電荷思路點(diǎn)撥：對(duì)靜電屏蔽問題的分析，關(guān)鍵是抓住靜電

11、平衡的特點(diǎn)，區(qū)分兩種屏蔽現(xiàn)象，認(rèn)清感應(yīng)電荷的分布B首先帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象可知，A球內(nèi)外表帶負(fù)電荷，外外表帶正電荷，用手接觸A相當(dāng)于把A接地，由大地傳導(dǎo)過來的電子與A球外外表正電荷中和，使A球外外表不帶電，此時(shí)A球?qū)ν馄痨o電屏蔽作用，A球內(nèi)的電場(chǎng)不影響外部用手接觸B時(shí)，無電荷挪動(dòng)，B球不帶電當(dāng)帶正電荷的C球從A球內(nèi)移走后，A球內(nèi)外表所帶的負(fù)電荷移至外外表，所以此時(shí)A球帶負(fù)電荷由上述可知，選項(xiàng)B正確針對(duì)訓(xùn)練3如圖1­4­5所示，放在絕緣臺(tái)上的金屬網(wǎng)罩B內(nèi)放有一個(gè)不帶電的驗(yàn)電器C，如把一帶有正電荷的絕緣體A移近金屬罩B，那么圖1­4

12、­5A在B的外外表無感應(yīng)電荷B在B的內(nèi)外表將帶上正電荷C驗(yàn)電器的金屬箔片將張開D驗(yàn)電器的金屬箔片不張開D靜電平衡時(shí)，B的外外表將出現(xiàn)感應(yīng)電荷，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體凈電荷只能分布在外外表上，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于靜電屏蔽，金屬網(wǎng)罩內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零，故C上無感應(yīng)電荷，驗(yàn)電器的金屬箔片不會(huì)張開，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1如圖1­4­6所示，用起電機(jī)使金屬鳥籠帶電，站在金屬架上的鳥安然無恙，且不帶電，其原因是圖1­4­6A鳥的腳爪與金屬架絕緣B鳥能承受的平安電壓比較高C起電機(jī)使籠帶電，籠的電勢(shì)不會(huì)很高D鳥籠內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，電荷分布在籠的外外表D金屬鳥籠起到靜電屏蔽的作用，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，電荷分布在籠的外外表故D項(xiàng)正確2如圖1­4­7所示，AC、BD為圓的兩條互相垂直的直徑，圓心為O，將帶有等量電荷q的正、負(fù)點(diǎn)電荷放在圓周上，它們的位置關(guān)于AC對(duì)稱要使圓心O處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零，可在圓周上再放置一個(gè)適當(dāng)電荷量的正點(diǎn)電荷Q，那么該點(diǎn)電荷Q應(yīng)放在圖1­4­7AA點(diǎn)BB點(diǎn)CC點(diǎn) DD點(diǎn)D由電場(chǎng)的疊加原理和對(duì)稱性可知，q、q在O點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)方向應(yīng)沿OD方向，要使O點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，放上的電荷Q在O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向應(yīng)與q、q在O點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)方向相反，所以