高二物理魯科版選修3-1課件：第1部分 第1章 第4節(jié)《電場中的導體》

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歡迎進入物理課堂 1 如果有幾個點電荷同時存在 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生的電場強度的矢量和 叫場的疊加 2 處在電場中的導體 當達到靜電平衡時 內部電場強度處處為零 3 金屬殼內不受外部電場的影響的現象叫靜電屏蔽 屏蔽意為無影響 并非擋住外電場 自學教材 1 概念若有幾個點電荷同時存在 它們產生的電場中任一點的電場強度等于這幾個點電荷各自在的矢量和 這個結論叫做場強的疊加原理 2 方法場強的疊加遵循 該點產生的電場強度 平行四邊形定則 3 特點電場疊加具有 不僅點電荷的電場可以疊加 其他的場強都可以進行疊加 普遍性 任何電場 重點詮釋 1 對場強疊加的理解 1 場強的疊加是一種解決問題的方法 相當于等效替代 該點的實際場強等于各帶電體單獨存在時產生的場強的矢量和 2 場強的疊加原理不僅適用于幾個點電荷的電場疊加 也適用于勻強電場和非勻強電場的疊加 都遵從平行四邊形定則 3 電場的可疊加性是電場與普通物質的重要區(qū)別 2 點電荷的電場和電場強度的疊加 1 電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產生的電場強度的矢量和 場強的疊加遵循平行四邊形定則 如圖1 4 1甲所示 圖1 4 1 圖1 4 2 1 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 2所示 則電場強度為零的地方在 A A和B之間B A右側C B左側D A的右側及B的左側 解析 因為A帶正電 B帶負電 所以只有A右側和B左側它們的電場強度方向相反 因為QA QB 所以只有B左側 才有可能EA與EB等大反向 因而才可能有EA和EB矢量和為零的情況 答案 C 自學教材 1 靜電平衡 1 定義 導體中沒有電荷的狀態(tài) 2 特點 導體內部場強處處為零 電荷只分布在導體的 移動 外表面上 2 靜電屏蔽 1 定義 當中空的導體達到靜電平衡時 內部電場 因而導體的會對其內部起作用 使它內部不受影響的現象 2 應用 電子儀器和電子設備外面都有 通信電纜外面包有一層 高壓線路的檢修人員要穿等 都是利用靜電屏蔽現象消除外電場的影響 無 外殼 電場 屏蔽 金屬殼 金屬網 屏蔽服 重點詮釋 1 靜電平衡的分析 1 自由電荷的移動 導體剛放入電場中的瞬間 導體中的自由電荷受電場力F的作用 產生定向運動 如圖1 4 3甲 同時在導體中產生一個附加電場E 如圖乙 使自由電荷又受電場力F 的作用 F和F 方向相反 2 電場疊加 當E E 時 導體內合場強為零 如圖丙 自由電荷受合力也為零 這時導體中無電荷定向移動 即達到了靜電平衡狀態(tài) 3 結論 處于靜電平衡的導體內部電場強度處處為零 圖1 4 3 2 靜電平衡時導體的特點 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部場強處處為零 導體內部場強為零指的是外部電場和附加電場的合場強為零 其效果相互抵消 2 導體表面任一點的場強方向與該處的表面垂直 3 凈電荷只分布在導體的外表面上 4 對于一孤立的帶電體 可視為導體處于自己所帶電荷的電場之中 達到靜電平衡時 也有兩個基本特點 導體內部的場強處處為零 導體所帶電荷只能分布在導體的外表面上 3 靜電屏蔽的兩種情況 1 導體外部的電場影響不到導體內部 圖1 4 4 2 接地導體內部的電場影響不到導體外部 圖1 4 5 2 具有一定厚度的空心金屬球殼的球心位置處放一正電荷 圖1 4 6中的四個圖畫出了其空間電場的電場線情況 符合實際情況的是 圖1 4 6 解析 由靜電感應的知識可知 金屬球殼的內表面感應出與正電荷等量的負電荷 外表面感應出等量的正電荷 從正電荷到球殼的內表面的空間電場線由正電荷出發(fā) 終止于內表面 金屬球殼部分處于靜電平衡 內部場強為零 無電場線分布 而球殼外部電場由外表面出發(fā) 終止于無限遠處 故選項D正確 答案 D 圖1 4 7 例1 2012 福州高二檢測 如圖1 4 7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 審題指導 審本題時應把握以下兩點 1 O點的場強為三個電荷在該點產生場強的矢量和 2 畫出示意圖 注意場強是矢量 指出方向 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鍵 圖1 4 8 在例1題中 若頂點B C處各放一電荷時 測得A處電場強度大小為E 方向與BC邊平行沿B指向C 如圖1 4 8所示 拿走C處的電荷后 A處電場強度的情況將會是怎樣 解析 根據矢量合成法則可推理知 在B C兩處同時存在場源電荷時 合電場場強方向沿平行BC的方向 說明B C兩處電荷在A處獨立產生的場強大小相等 方向均與合電場場強成60 當撤去C處場源電荷時 只剩下B處場源電荷 此時A處場強大小為E 方向沿BA方向向外 答案 大小為E 方向沿BA向外 例2 如圖1 4 9所示 長為L的金屬桿原來不帶電 在距其左端r處放一個電荷量為q的點電荷 問 圖1 4 9 1 金屬桿中點處的場強為多少 2 金屬桿上的感應電荷在桿中點處產生的場強為多大 思路點撥 導體內部場強處處為零 是因為兩個電場的疊加 求感應電荷在導體內部某點產生的場強時 應首先分析外電場在該點的場強大小和方向 然后利用導體在靜電場中內部場強為零這一靜電平衡條件求出感應電荷的電場 圖1 4 10 1 如圖1 4 10所示 在孤立點電荷 Q的電場中 金屬圓盤A處于靜電平衡狀態(tài) 若金屬圓盤平面與點電荷在同一平面內 試在圓盤A內作出由盤上感應電荷形成的附加電場的三條電場線 用實線表示 要求嚴格作圖 解析 畫出感應電荷形成的附加電場在A圓盤內的三條電場線 實線 如圖所示 導體A處于靜電平衡狀態(tài) 因此內部每點的合場強都為零 即導體A內的每一點 感應電荷產生的電場強度都與點電荷Q在那點的電場強度大小相等 方向相反 即感應電荷的電場線與點電荷Q的電場線重合 且方向相反 注意圖中的虛線是為了確定A內的實線而畫出的 它并不表示A外部的電場線 答案 見解析 圖1 4 11 例3 有一接地的導體球殼 如圖1 4 11所示 球心處放一點電荷q 達到靜電平衡時 則 A q的電量變化時 球殼外電場隨之改變B q在球殼外產生的電場強度為零C 球殼內 外表面的電荷在殼外的合場強為零D q與球殼內表面的電荷在殼外的合場強為零 思路點撥 球殼接地后 殼外邊的空間相當于導體內部 這個區(qū)域的場強等于q產生的場強與殼內表面上的感應電荷產生的場強的合場強 解析 當導體球殼接地時 殼內電荷在殼外表面所產生的感應電荷流入大地 這時殼內電荷與殼內表面的感應電荷在殼內壁以外 包含導體殼層 任一點的合場強為零 故選項D正確 答案 D 解答此類題需注意的兩方面 一方面是靜電感應 要掌握導體內部的自由電荷是如何移動的 是如何建立起附加電場的 何處會出現感應電荷 另一方面是靜電平衡 要理解導體達到靜電平衡時所具有的特點 2 某研究性學習小組學習電學知識后對電工穿的高壓作業(yè)服進行研究 發(fā)現高壓作業(yè)服是用銅絲編織的 下列各同學的認識正確的是 A 甲認為銅絲編織的衣服不易拉破 所以用銅絲編織B 乙認為電工被銅絲編織的衣服包裹 使體內為勻強電場 對人體起保護作用 C 丙認為電工被銅絲編織的衣服包裹 使體內電場強度保持為零 對人體起保護作用D 丁認為銅絲必須達到一定的厚度 才能對人體起到保護作用解析 高壓作業(yè)服用銅絲編織 是實現靜電屏蔽 以達到對人體的保護 答案 C 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全