2018年高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 1.9 靜電平衡的特征及應(yīng)用學(xué)案 新人教版選修3-1.doc

靜電平衡的特征及應(yīng)用1、 考點(diǎn)突破：知識(shí)點(diǎn)考綱要求題型說明靜電平衡的特征及應(yīng)用1. 理解什么是靜電平衡狀態(tài)；2. 掌握處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特點(diǎn)；3. 知道靜電屏蔽及其應(yīng)用。選擇題計(jì)算題本知識(shí)點(diǎn)屬于高考重點(diǎn)，常以靜電感應(yīng)為基礎(chǔ)，考查場(chǎng)強(qiáng)的疊加，重點(diǎn)考查處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特征。二、重難點(diǎn)提示： 重點(diǎn)： 1. 理解什么是靜電平衡狀態(tài)； 2. 掌握處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特點(diǎn)。難點(diǎn)：靜電屏蔽現(xiàn)象。1. 靜電感應(yīng)把金屬導(dǎo)體放在外電場(chǎng)中，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受電場(chǎng)力作用產(chǎn)生定向移動(dòng)，使得導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量的異種電荷，這種由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在外電場(chǎng)力作用下重新分布的現(xiàn)象叫作靜電感應(yīng)。（在靠近帶電體端感應(yīng)出異種電荷，在遠(yuǎn)離帶電體端感應(yīng)出同種電荷）。由帶電粒子在電場(chǎng)中受力去分析。靜電感應(yīng)可從兩個(gè)角度來理解：根據(jù)同種電荷相排斥，異種電荷相吸引來解釋；也可以從電勢(shì)的角度來解釋，導(dǎo)體中的電子總是沿電勢(shì)高的方向移動(dòng)。2. 靜電平衡（1）靜電平衡發(fā)生靜電感應(yīng)后的導(dǎo)體，兩端面出現(xiàn)等量感應(yīng)電荷，在導(dǎo)體內(nèi)部，感應(yīng)電荷產(chǎn)生一個(gè)附加電場(chǎng)，這個(gè)與原電場(chǎng)方向相反，當(dāng)增大到與原電場(chǎng)等大時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)合場(chǎng)強(qiáng)為零，自由電子定向移動(dòng)停止，這時(shí)的導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。注意：沒有定向移動(dòng)不是說導(dǎo)體內(nèi)部的電荷不動(dòng)，內(nèi)部的電子仍在做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。（2）處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特點(diǎn)內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，電場(chǎng)線在導(dǎo)體內(nèi)部中斷。導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度是外加電場(chǎng)和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)這兩種電場(chǎng)疊加的結(jié)果。整個(gè)導(dǎo)體是等勢(shì)體，表面是個(gè)等勢(shì)面；導(dǎo)體表面上任意兩點(diǎn)間電勢(shì)差為零。（因?yàn)榧偃鐚?dǎo)體中某兩點(diǎn)電勢(shì)不相等，則這兩點(diǎn)有電勢(shì)差，那么電荷就會(huì)定向運(yùn)動(dòng)）表面上任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向都跟該點(diǎn)表面垂直；（因?yàn)榧偃绮皇沁@樣，場(chǎng)強(qiáng)就有一個(gè)沿導(dǎo)體表面的分量，導(dǎo)體上的電荷就會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，這就不是平衡狀態(tài)了）凈電荷分布在導(dǎo)體的外表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷，內(nèi)部沒有凈電荷。曲率半徑小的地方，面電荷密度大，電場(chǎng)強(qiáng)，這是避雷針的原理。3. 尖端放電（1）空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷密度大，電場(chǎng)很強(qiáng)，帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下劇烈運(yùn)動(dòng)撞擊空氣分子，從而使分子的正負(fù)電荷分離的現(xiàn)象。（2）尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象。4. 靜電屏蔽（1）定義：把一個(gè)電學(xué)儀器放在封閉的金屬殼里，即使殼外有電場(chǎng)，由于殼內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)保持為零，外電場(chǎng)對(duì)殼內(nèi)的儀器也不會(huì)產(chǎn)生影響的現(xiàn)象。（2）靜電屏蔽的兩種情況及本質(zhì)導(dǎo)體內(nèi)部不受外部電場(chǎng)的影響。接地的封閉導(dǎo)體殼內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)殼外空間沒有影響。本質(zhì)：兩種情況中，屏蔽的本質(zhì)是靜電感應(yīng)，使得某一部分空間場(chǎng)強(qiáng)為零，不受電場(chǎng)影響。例題1 長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電量為q的點(diǎn)電荷放在距導(dǎo)體棒左端R處，如圖所示，當(dāng)導(dǎo)體棒達(dá)到靜電平衡后，棒上感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小等于_，方向_。思路分析：導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部合場(chǎng)強(qiáng)為零，這是點(diǎn)電荷+q所形成的電場(chǎng)與棒兩端出現(xiàn)的感應(yīng)電荷所形成的附加電場(chǎng)在棒中疊加的結(jié)果，即E合E1E20。因此可通過計(jì)算點(diǎn)電荷q產(chǎn)生的電場(chǎng)E1來確定感應(yīng)電荷所形成的電場(chǎng)E2的大小和方向。點(diǎn)電荷q在棒內(nèi)中點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)由Ek，得，方向向右，由該點(diǎn)合場(chǎng)強(qiáng)為零知，感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小為，方向向左。答案：，向左例題2 將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)（不與球接觸），另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近，如圖所示，于是有（）A. A向左偏離豎直方向，B向右偏離豎直方向B. A的位置不變，B向右偏離豎直方向C. A向左偏離豎直方向，B的位置不變D. A和B的位置都不變思路分析：帶正電的小球A放在不帶電的空心球C內(nèi)，由于靜電感應(yīng)，空心球外殼帶正電，內(nèi)壁帶負(fù)電，因此B所在處有電場(chǎng)，所以B在電場(chǎng)力作用下向右偏而靠近C；由于空心球能屏蔽B球的電場(chǎng)，所以，A所在處場(chǎng)強(qiáng)為零，故A球不受電場(chǎng)力，位置不變。答案：B【方法提煉】導(dǎo)體接地問題的理解方法“等效法”對(duì)于導(dǎo)體接地問題，我們可以利用“等效法”理解，導(dǎo)體接地后，把導(dǎo)體和大地等效為一個(gè)整體，導(dǎo)體是“近端”，大地是“遠(yuǎn)端”，“近端”感應(yīng)出異種電荷，“遠(yuǎn)端”感應(yīng)出同種電荷，在遠(yuǎn)端和近端之間無電場(chǎng)。滿分訓(xùn)練：在一個(gè)導(dǎo)體球殼內(nèi)放一個(gè)電荷量為Q的點(diǎn)電荷，如下圖所示，用E表示球殼外任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，則（）A. 當(dāng)Q在球殼中央時(shí)，E0B. 不論Q在球殼內(nèi)何處，E一定為零C. 只有當(dāng)Q在球心且球殼接地時(shí)，E0D. 只要球殼接地，不論Q在球殼內(nèi)何處，E0思路分析：Q在球殼內(nèi)任何位置，只會(huì)影響球殼內(nèi)的負(fù)電荷分布；球殼外部帶正電荷會(huì)使外部場(chǎng)強(qiáng)不為零，所以A、B錯(cuò)；而球殼接地會(huì)使外部電荷導(dǎo)入大地，所以外部場(chǎng)強(qiáng)才會(huì)為零，故C也錯(cuò)，選D。答案：D