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

第4節(jié)電場中的導(dǎo)體學(xué)習(xí)目標知識脈絡(luò)1.知道電場強度的疊加遵循平行四邊形定則，會應(yīng)用其進行場強疊加運算．(重點)2.知道靜電感應(yīng)產(chǎn)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(yīng)用．(難點)場強疊加原理eq\o([先填空])1．內(nèi)容：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．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(chǎn)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(chǎn)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(cè)．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(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1-4-2中，P點的電場強度等于＋Q1在該點產(chǎn)生的電場強度E1與－Q2在該點產(chǎn)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(dǎo)學(xué)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(guān)鍵.靜電平衡與靜電屏蔽eq\o([先填空])1．靜電平衡導(dǎo)體中沒有電荷移動的狀態(tài)叫做靜電平衡．處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場強為零．電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上．2．靜電屏蔽中空導(dǎo)體達到靜電平衡時，內(nèi)部場強為零，使得內(nèi)部空間不受外電場的影響．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)生的電場屏蔽，使其對外部不產(chǎn)生影響．eq\o([再判斷])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．在電場中導(dǎo)體處于靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)任一點的感應(yīng)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(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驗．圖1-4-5探討1：為什么籠內(nèi)的人安然無恙？【提示】金屬籠達到靜電平衡時，內(nèi)部場強處處為零．籠內(nèi)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(yīng)電荷的電場和外電場疊加，合場強等于零時，導(dǎo)體中的自由電子不再發(fā)生定向移動，導(dǎo)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(zhì)(1)在達到靜電平衡的過程中，外電場引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的定向移動使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷的電場和外電場方向相反，使合場強減小，隨著感應(yīng)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(dǎo)體內(nèi)存在兩個電場：外電場E0和感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的附加電場E′，在導(dǎo)體內(nèi)部各位置，附加電場E′，與外電場E0方向相反、大小相等，導(dǎo)體內(nèi)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(dǎo)體的特點(1)靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷的定向移動；(2)靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部合場強處處為零，即E內(nèi)＝0；(3)靜電平衡導(dǎo)體表面電場方向與導(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(dǎo)體內(nèi)部場強為零，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)生的場強與Q在球心處產(chǎn)生的場強大小相同、方向相反，故感應(yīng)電荷在球心O處產(chǎn)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(xiàn)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(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()【導(dǎo)學(xué)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(dǎo)體內(nèi)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(dǎo)體內(nèi)部場強為零是感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與外電場疊加的結(jié)果，所以感應(yīng)電荷在球內(nèi)某點產(chǎn)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(yīng)電場的場強，實質(zhì)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(yīng)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(wǎng)可以屏蔽外電場；題圖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．