高二物理鲁科版选修3-1课件：第1部分 第1章 第4节《电场中的导体》

欢迎进入物理课堂 1 如果有几个点电荷同时存在 电场中任一点的电场强度等于这几个点电荷各自在该点产生的电场强度的矢量和 叫场的叠加 2 处在电场中的导体 当达到静电平衡时 内部电场强度处处为零 3 金属壳内不受外部电场的影响的现象叫静电屏蔽 屏蔽意为无影响 并非挡住外电场 自学教材 1 概念若有几个点电荷同时存在 它们产生的电场中任一点的电场强度等于这几个点电荷各自在的矢量和 这个结论叫做场强的叠加原理 2 方法场强的叠加遵循 该点产生的电场强度 平行四边形定则 3 特点电场叠加具有 不仅点电荷的电场可以叠加 其他的场强都可以进行叠加 普遍性 任何电场 重点诠释 1 对场强叠加的理解 1 场强的叠加是一种解决问题的方法 相当于等效替代 该点的实际场强等于各带电体单独存在时产生的场强的矢量和 2 场强的叠加原理不仅适用于几个点电荷的电场叠加 也适用于匀强电场和非匀强电场的叠加 都遵从平行四边形定则 3 电场的可叠加性是电场与普通物质的重要区别 2 点电荷的电场和电场强度的叠加 1 电场中某点的电场强度为各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和 场强的叠加遵循平行四边形定则 如图1 4 1甲所示 图1 4 1 图1 4 2 1 点电荷A和B 分别带正电和负电 电荷量分别为4Q和Q 在A B连线上 如图1 4 2所示 则电场强度为零的地方在 A A和B之间B A右侧C B左侧D A的右侧及B的左侧 解析 因为A带正电 B带负电 所以只有A右侧和B左侧它们的电场强度方向相反 因为QA QB 所以只有B左侧 才有可能EA与EB等大反向 因而才可能有EA和EB矢量和为零的情况 答案 C 自学教材 1 静电平衡 1 定义 导体中没有电荷的状态 2 特点 导体内部场强处处为零 电荷只分布在导体的 移动 外表面上 2 静电屏蔽 1 定义 当中空的导体达到静电平衡时 内部电场 因而导体的会对其内部起作用 使它内部不受影响的现象 2 应用 电子仪器和电子设备外面都有 通信电缆外面包有一层 高压线路的检修人员要穿等 都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响 无 外壳 电场 屏蔽 金属壳 金属网 屏蔽服 重点诠释 1 静电平衡的分析 1 自由电荷的移动 导体刚放入电场中的瞬间 导体中的自由电荷受电场力F的作用 产生定向运动 如图1 4 3甲 同时在导体中产生一个附加电场E 如图乙 使自由电荷又受电场力F 的作用 F和F 方向相反 2 电场叠加 当E E 时 导体内合场强为零 如图丙 自由电荷受合力也为零 这时导体中无电荷定向移动 即达到了静电平衡状态 3 结论 处于静电平衡的导体内部电场强度处处为零 图1 4 3 2 静电平衡时导体的特点 1 处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零 导体内部场强为零指的是外部电场和附加电场的合场强为零 其效果相互抵消 2 导体表面任一点的场强方向与该处的表面垂直 3 净电荷只分布在导体的外表面上 4 对于一孤立的带电体 可视为导体处于自己所带电荷的电场之中 达到静电平衡时 也有两个基本特点 导体内部的场强处处为零 导体所带电荷只能分布在导体的外表面上 3 静电屏蔽的两种情况 1 导体外部的电场影响不到导体内部 图1 4 4 2 接地导体内部的电场影响不到导体外部 图1 4 5 2 具有一定厚度的空心金属球壳的球心位置处放一正电荷 图1 4 6中的四个图画出了其空间电场的电场线情况 符合实际情况的是 图1 4 6 解析 由静电感应的知识可知 金属球壳的内表面感应出与正电荷等量的负电荷 外表面感应出等量的正电荷 从正电荷到球壳的内表面的空间电场线由正电荷出发 终止于内表面 金属球壳部分处于静电平衡 内部场强为零 无电场线分布 而球壳外部电场由外表面出发 终止于无限远处 故选项D正确 答案 D 图1 4 7 例1 2012 福州高二检测 如图1 4 7所示 边长为a的正三角形ABC的三个顶点分别固定三个点电荷 q q q 求该三角形中心O点处的场强 审题指导 审本题时应把握以下两点 1 O点的场强为三个电荷在该点产生场强的矢量和 2 画出示意图 注意场强是矢量 指出方向 场强的叠加遵循矢量运算法则 运用图解法可以简化思维过程 因此 作图分析是解决此类问题的关键 图1 4 8 在例1题中 若顶点B C处各放一电荷时 测得A处电场强度大小为E 方向与BC边平行沿B指向C 如图1 4 8所示 拿走C处的电荷后 A处电场强度的情况将会是怎样 解析 根据矢量合成法则可推理知 在B C两处同时存在场源电荷时 合电场场强方向沿平行BC的方向 说明B C两处电荷在A处独立产生的场强大小相等 方向均与合电场场强成60 当撤去C处场源电荷时 只剩下B处场源电荷 此时A处场强大小为E 方向沿BA方向向外 答案 大小为E 方向沿BA向外 例2 如图1 4 9所示 长为L的金属杆原来不带电 在距其左端r处放一个电荷量为q的点电荷 问 图1 4 9 1 金属杆中点处的场强为多少 2 金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的场强为多大 思路点拨 导体内部场强处处为零 是因为两个电场的叠加 求感应电荷在导体内部某点产生的场强时 应首先分析外电场在该点的场强大小和方向 然后利用导体在静电场中内部场强为零这一静电平衡条件求出感应电荷的电场 图1 4 10 1 如图1 4 10所示 在孤立点电荷 Q的电场中 金属圆盘A处于静电平衡状态 若金属圆盘平面与点电荷在同一平面内 试在圆盘A内作出由盘上感应电荷形成的附加电场的三条电场线 用实线表示 要求严格作图 解析 画出感应电荷形成的附加电场在A圆盘内的三条电场线 实线 如图所示 导体A处于静电平衡状态 因此内部每点的合场强都为零 即导体A内的每一点 感应电荷产生的电场强度都与点电荷Q在那点的电场强度大小相等 方向相反 即感应电荷的电场线与点电荷Q的电场线重合 且方向相反 注意图中的虚线是为了确定A内的实线而画出的 它并不表示A外部的电场线 答案 见解析 图1 4 11 例3 有一接地的导体球壳 如图1 4 11所示 球心处放一点电荷q 达到静电平衡时 则 A q的电量变化时 球壳外电场随之改变B q在球壳外产生的电场强度为零C 球壳内 外表面的电荷在壳外的合场强为零D q与球壳内表面的电荷在壳外的合场强为零 思路点拨 球壳接地后 壳外边的空间相当于导体内部 这个区域的场强等于q产生的场强与壳内表面上的感应电荷产生的场强的合场强 解析 当导体球壳接地时 壳内电荷在壳外表面所产生的感应电荷流入大地 这时壳内电荷与壳内表面的感应电荷在壳内壁以外 包含导体壳层 任一点的合场强为零 故选项D正确 答案 D 解答此类题需注意的两方面 一方面是静电感应 要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的 是如何建立起附加电场的 何处会出现感应电荷 另一方面是静电平衡 要理解导体达到静电平衡时所具有的特点 2 某研究性学习小组学习电学知识后对电工穿的高压作业服进行研究 发现高压作业服是用铜丝编织的 下列各同学的认识正确的是 A 甲认为铜丝编织的衣服不易拉破 所以用铜丝编织B 乙认为电工被铜丝编织的衣服包裹 使体内为匀强电场 对人体起保护作用 C 丙认为电工被铜丝编织的衣服包裹 使体内电场强度保持为零 对人体起保护作用D 丁认为铜丝必须达到一定的厚度 才能对人体起到保护作用解析 高压作业服用铜丝编织 是实现静电屏蔽 以达到对人体的保护 答案 C 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全