關(guān)于電場(chǎng)中的導(dǎo)體問(wèn)題的幾點(diǎn)思考

關(guān)于電場(chǎng)中的導(dǎo)體問(wèn)題的幾點(diǎn)思考

在學(xué)習(xí)“場(chǎng)中的軸”的內(nèi)容時(shí)，許多學(xué)生會(huì)注意到“場(chǎng)中的軸”的特點(diǎn)，但在解決特定問(wèn)題時(shí)，它們不能靈活使用。特別是在遇到金屬球外殼的靜電平衡問(wèn)題時(shí)，往往無(wú)法開(kāi)始，無(wú)法找到好的解決方案。在不同的靜平衡條件下，金屬球殼的重疊思想可以用來(lái)討論電壓、電壓、電勢(shì)等問(wèn)題。1孤立帶電金屬球殼的靜電平衡(1)根據(jù)孤立帶電導(dǎo)體在處于靜電平衡狀態(tài)時(shí),其內(nèi)部不會(huì)有凈電荷,故金屬球殼所帶電量全部均勻分布于外表面.如圖1表示薄金屬球殼A帶正電q時(shí)電荷在外表面的分布情況.(2)球殼內(nèi)部及球殼的空腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零(這是因?yàn)橥獗砻婢鶆蚍植嫉碾姾稍谄渲挟a(chǎn)生的電場(chǎng)疊加后合場(chǎng)強(qiáng)為零),電勢(shì)相等,球殼及空腔部分為一等勢(shì)體.(3)球殼外距離球心r(r>R)處的P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小,等于球殼外表面電荷q等效位于球心O點(diǎn)處的點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng).即:EP=kqr2.EΡ=kqr2.2處于外電場(chǎng)中的金屬球殼的靜電平衡如果將金屬球殼放于點(diǎn)電荷電場(chǎng)或勻強(qiáng)電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡時(shí),其內(nèi)部(含空腔部分)不受外電場(chǎng)的影響,即電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零(這是因?yàn)榻饘偾驓ね馐└须姾傻碾妶?chǎng)與球殼外表面的感應(yīng)電荷的電場(chǎng)疊加后的合場(chǎng)強(qiáng)為零,而不是球殼外表面的感應(yīng)電荷在其中產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為零),球殼是一個(gè)等勢(shì)體,這就是靜電屏蔽.圖2表示球殼A處于帶正電量為Q的點(diǎn)電荷B的電場(chǎng)中,且達(dá)到靜電平衡.球殼的右端感應(yīng)出負(fù)電荷q1、左端感應(yīng)出正電荷q2,由電場(chǎng)線分布特點(diǎn)可知,Q>-q1=q2.3處于球殼空腔內(nèi)電荷的電場(chǎng)中的靜電平衡聲波、棱鏡、玻爾理論等.③有些內(nèi)容在高中過(guò)難,作為選學(xué),可以用講座等形式向?qū)W生介紹.如“廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介”等.3學(xué)習(xí)新大綱的幾點(diǎn)思考3.1轉(zhuǎn)變教育理念,體現(xiàn)素質(zhì)教育修改后的大綱在注重知識(shí)傳播的同時(shí),更加關(guān)注學(xué)生的終身發(fā)展和培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和實(shí)踐能力,強(qiáng)調(diào)學(xué)生的情感教育,使學(xué)生形成人生的正確價(jià)值觀,變“學(xué)會(huì)”為“會(huì)學(xué)”,真正起到了學(xué)生終身教育的功能.在即將出臺(tái)《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中,將科學(xué)探究列入“課程標(biāo)準(zhǔn)”、“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”和“實(shí)施意見(jiàn)”中,可以看到,科學(xué)探究既是物理課程的目標(biāo),又是物理課程的重要內(nèi)容.3.2適應(yīng)新的要求,改變教學(xué)方法聯(lián)系到基礎(chǔ)教育改革中突出創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng),2003年高考時(shí)間提前一個(gè)月,因此,在教學(xué)中要注意刪除“繁難偏舊”的內(nèi)容,加強(qiáng)方法、應(yīng)用、探究等方面的內(nèi)容.切實(shí)減輕學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān),注重課堂啟發(fā)式教學(xué),大力加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué).3.3首次提出教學(xué)評(píng)估要求大綱以前的考核改為現(xiàn)在的教學(xué)評(píng)價(jià),最大的區(qū)別不是以筆試成績(jī)?cè)u(píng)定學(xué)生的依據(jù),而是更多的關(guān)注學(xué)生的發(fā)展,發(fā)揮評(píng)價(jià)的激勵(lì)和診斷作用,不過(guò)分強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)的甄別與選拔功能.教學(xué)評(píng)價(jià)的形式是多樣的:如學(xué)習(xí)記錄、書面考試、實(shí)際操作、作業(yè)和課題研究成果講評(píng)等.如圖3所示,將一電量為+Q的帶電小球B(視為點(diǎn)電荷)放入中性薄金屬球殼內(nèi)中心處,由于靜電感應(yīng),球殼內(nèi)壁感應(yīng)出等量異種電荷q1、球殼外表面感應(yīng)出等量同種電荷q2,即Q=-q1=q2.感應(yīng)電荷q1、q2都均勻分布于內(nèi)、外壁上,圖中未畫出其電場(chǎng)線.3.1關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度(1)球殼內(nèi)空腔部分的電場(chǎng):由于感應(yīng)電荷q1、q2都均勻分布,其在空腔內(nèi)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度均為零,因此,空腔內(nèi)的電場(chǎng)便為點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場(chǎng).(2)球殼內(nèi)的電場(chǎng):由于球殼已達(dá)到靜電平衡,電場(chǎng)強(qiáng)度恒等于零.感應(yīng)電荷q2均勻分布于外表面,其在該處產(chǎn)生的電場(chǎng)為零;點(diǎn)電荷Q和感應(yīng)電荷q1在該處產(chǎn)生的電場(chǎng)疊加后合場(chǎng)為零.(3)點(diǎn)電荷Q和感應(yīng)電荷q1在球殼外的區(qū)域產(chǎn)生的合場(chǎng)恒為零(從點(diǎn)電荷B發(fā)出的電場(chǎng)線終止于內(nèi)壁),因此球殼外表面以外空間的電場(chǎng)為均勻分布于球殼外表面的感應(yīng)電荷q2產(chǎn)生,其分析和計(jì)算完全類似于孤立帶電金屬球殼外的電場(chǎng).由以上討論可見(jiàn),當(dāng)點(diǎn)電荷位于球心時(shí),求解電場(chǎng)強(qiáng)度或判斷電勢(shì)高低可等效為真空中一點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng),即“去掉”薄球殼,其電場(chǎng)線在球殼所在處間斷.3.2將球殼接地圖3中,如將金屬球殼接地,球殼接地時(shí)外表面的感應(yīng)電荷便導(dǎo)入大地(被中和),因而球殼外的電場(chǎng)隨之消失,即腔內(nèi)電荷(點(diǎn)電荷Q和內(nèi)壁上的感應(yīng)電荷q1)對(duì)腔外空間電場(chǎng)沒(méi)有影響.可見(jiàn),球殼接地時(shí)可實(shí)現(xiàn)靜電雙屏蔽.3.3帶電小球和球殼接觸如圖4所示,球殼A與帶電小球B按圖示用導(dǎo)線連起來(lái),A、B構(gòu)成一個(gè)整體,電荷重新分配,即一部分電荷導(dǎo)入球殼A,使A的外表面帶正電荷,而內(nèi)表面不帶電.圖3中,當(dāng)帶電小球B不位于球殼中心時(shí),則感應(yīng)電荷q1不均勻分布、而球殼外表面感應(yīng)電荷q2仍然均勻分布,q2均勻分布于球殼外表面,不受空腔內(nèi)施感電荷位置的影響.例1.不帶電的金屬球殼B置于絕緣支架上,B空腔中心放有用絲線懸掛的帶正電的小球A,如圖5(a)所示,則下列說(shuō)法正確的是:(A)達(dá)到靜電平衡時(shí),球殼B空腔內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零.(B)達(dá)到靜電平衡后,球殼B外表面電勢(shì)高,內(nèi)表面電勢(shì)低.(C)如圖(b)示,把用細(xì)線懸吊著的帶負(fù)電的小球C向B靠近時(shí),小球A位置不變,球C向左偏離.(D)如圖(c)示,若將球B外側(cè)接地,則絕緣的枕形導(dǎo)體D左端帶負(fù)電,右端帶正電.分析與解:空腔的電場(chǎng)為電荷A產(chǎn)生的,金屬球殼靜電平衡時(shí)為一等勢(shì)體,故(A)、(B)錯(cuò);當(dāng)C靠近B時(shí),因靜電屏蔽,B球內(nèi)電場(chǎng)不變,A位置不變(A、C間有沒(méi)有庫(kù)侖力?),但C受到B外表面感應(yīng)的正電荷的作用而左偏,故(C)正確;B外側(cè)接地,則殼外無(wú)電場(chǎng),D不發(fā)生靜電感應(yīng),(D)錯(cuò).例2.如圖6所示,空腔導(dǎo)體A不帶電,金屬球B置于A內(nèi),并通過(guò)導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)S與地連接.S斷開(kāi)前B帶負(fù)電.若將B與A的內(nèi)壁接觸,則接觸后B的帶電情況如何?此后若把B移至原位置再將開(kāi)關(guān)S閉合,B的帶電情況又如何?分析與解:當(dāng)B與A接觸時(shí)即構(gòu)成一個(gè)大導(dǎo)體,其內(nèi)部不分布凈電荷,故B的負(fù)電荷全部移至A的外表面,B不帶電.B復(fù)位后再將開(kāi)關(guān)S閉合,則B通過(guò)導(dǎo)線與地球構(gòu)成一個(gè)大導(dǎo)體,且該大導(dǎo)體處于A的負(fù)電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)中.帶負(fù)電的A電勢(shì)小于