2017年高中物理第1章静电场第4讲电场中的导体学案鲁科版3-1

1、 第4讲电场中的导体目标定位1知.道电场强度的概念和定义式以及叠加原理，并会进行有关的计算.2知.道静电感应产生的原因及静电平衡的概念.3了.解静电屏蔽，知道静电屏蔽的实际应用.F预习导学三强，识记，戢一、场强叠加原理如果有几个点电荷同时存在，根据场强的定义和库仑力的叠加性，可知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，这个结论叫做场强叠加原理想一想电场强度的合成与力的合成有何相同之处？答案力和电场强度都是矢量，求和时均遵循平行四边形定则.二、静电平衡与静电屏蔽静电平衡：导体中包括表面上没有电荷移动的状态叫做静电平衡特点：导体内部场强处处为零导体表面任一点的场强方

2、向与该处的表面垂直净电荷只分布在导体的外表面上静电屏蔽：处于静电平衡状态的中空导体壳，内部场强处处为零，导体外壳使它内部不受外部电场影响的现象应用：电子仪器和电子设备外面都有金属壳，通信电缆外面包有一层金属丝网套，高压线路的检修人员要穿屏蔽服等，都是利用静电屏蔽消除外电场的影响想一想导体达到静电平衡后，导体内的电荷还在运动吗？答案达到静电平衡后，自由电子没有定向移动而不是说导体内部的电荷不动，内部的电子仍在做无规则的运动.一、电场强度的叠加电场强度是矢量，它遵循矢量的特点和运算法则导.某空间中有多个电荷时，该空间某点的电场强度等于所有电荷在该点产生的电场强度的矢量和.3.可以根据对称性原理，灵

3、活利用假设法、分割法等特殊方法进行研究.例如图所示，真空中带电荷量分别为十和一的点电荷、相距为，贝人A0BI11+Q-Q图11两点电荷连线的中点的场强多大？2在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为的o点的场强如何？解析本题考查了点电荷的电场及电场强度的叠加问题.求解方法是分别求出十和一在某点的场强大小和方向，然后根据电场强度的叠加原理求出合场强.1如图甲所示，A、B两点电荷在点产生的场强方向相同，由A指向B.A、B两点电荷在点产生的电场强度4=.H故点的合场强为=2e=，方向由A指向B.OAr22如图乙所示，A,=E=r，修量图所形成的等边三角形可知，o点的合场强=A=B=-，方向与A、8

4、的中垂线垂直，即与乙同向.答案1，方向由A指向Br22r，方向与AB连线平行，由A指向B借题发挥电场强度是矢量，合成时遵循矢量运算法则（平行四边形定则或三角形定则在，常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等；对于同一直线上电场强度的合成，可先规定正方向，进而把矢量运算转化成代数运算.针对训练如图2所示，、和是以为直径的半圆弧上的三点，点为半圆弧的圆心，Z=60.电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于、两点，这时点电场强度的大小为1;若将点处的点电荷移至点，则点的场强大小变为2,1与2之比为/j图21A.1：2B.2：1C.2：；匚D.4：、答案B解析口依题意，每个点电荷在O点产生的场强为%，

5、则当1点处的点电荷移至P点时，O点场强如图所示，合场强大小为12=2,则卜=2,1正确.口2A/D二、静电平衡的理解及应用口F/.静电平衡的实质口寸E静电平衡的实质是外电场和感应电荷的电场的叠加.静电平衡时附加电场口/与外电场E方向相反、大小相等，导体内各位置的合场强为零，自由电荷所受合力为零.对静电平衡的理解(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡状态时，内部场强处处为零，自由电荷不再发生定向移动.(2)金属导体达到静电平衡状态的时间是非常短暂的.例即长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为十q的点电荷放在距棒左端R处，如图3所示.当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中

6、点P处产生的电场强度大小等于，方向为.均P0；.丁百31答案口一kq一D向左口R+22解析口导体棒在点电荷十口的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任何一点都有两个电场，即外电场：+q在该点形成的电场E0；附加电场：棒上感应电荷在该点形成的电场E,达到静电平衡时E,=E.口题中所求的即为E，于是我们通过上述等式转化为求E.于是/：。：/口,和E。方向相反，方向向左.口借题发挥(1)当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状发生变化时：感应电荷的分布会迅速变化，很快达到新的平衡.(2)静电平衡时，感应电荷产生的电场与外电场在导体内部的合场强为零.针对训练口如图4所示，点电荷和口

7、带电荷量分别为3.0X10-8C和一2.4X10-8C,彼此相距6cm.若在两点电荷连线中点O处放一个半径为icm的金属球壳，求球壳感应电荷在该中点处产生的电场强度.答案5.4X105方向由指向解析+1在点的场强大小为解析+1在点的场强大小为1=三=3X105，方向由指向b-2在点的场强大小为2=Wi=2.4X105/方向由指向设感应电荷在点的场强为E由静电平衡条件知3=1+2=5.4X105,方向由指向三、静电屏蔽的理解及应用静电屏蔽的两种情况静电屏蔽的两种情况实现过程实现过程因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接

8、地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡例3如图5所示，把原来不带电的金属壳的外表面接地，将一带正电的小球从小孔中放入球壳内，但不与发生接触，达到静电平衡状态后，则.的空腔内电场强度为零.的空腔内电场强度为零不带电的外表面带正电的内表面带负电解析因为金属壳的外表面接地，所以外表面无感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于带正电，则的内表面带负电，对，B错；的空腔内有带正电的小球产生的电场和金属壳内表面感应电

9、荷产生的电场，由电场叠加知，电场线的方向由指向B所以空腔内电场强度不为零，错答案D录乳髓习金吧组避电场强度的叠加个电荷量均为的带电小球，均匀分布在半径为的圆周上，示意图如图所示，若移去位于圆周上点的一个小球，则圆心点处的电场强度大小为，方向已知静电力常量为000TOC o 1-5 h z00000以。图0答案一沿指向点coo0解析根据对称性可知，均匀分布在半径为的圆周上带电小球在圆心处的合场强=0那么移去位于圆周上点的一个小球后，圆心处的场强与电荷在圆心处产生的场强大小相等、方向相反,即大小为方向沿指向点静电平衡和静电屏蔽图中接地金属球的半径为，球外点电荷的电荷量为，到球心的距离为该点电荷的电

10、场在球心处产生的感应电场的场强大小等于()答案解析在球心处产生的场强大小=一，球心处合场强为零，故感应电场的场强E=一，正确3.如图8所示，用起电机使金属鸟笼带电，站在金属架上的鸟安然无恙，且不带电，其原因是().鸟的脚爪与金属架绝缘.鸟能承受的安全电压比较高起电机使笼带电，笼的电势不会很高鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面答案D解析金属笼起到静电屏蔽的作用，此时电荷只分布在外表面，金属内和空腔内都无电场，故正确，、错误题组一电场的叠加原理如图所示，、为圆的两条互相垂直的直径，圆心为，将带有等量电荷的正、负点电荷放在圆周上，它们的位置关于对称要使圆心处的电场强度为零，可在圆周上再放置一个适

11、当电荷量的正点电荷+Q则该点电荷+应放在、鸟、点答案方向，要使解析由电场的叠加原理和对称性可知，十、一在点的合场强方向应沿方向，要使点的合场强为零，放上的电荷+在点的场强方向应与十、一在点的合场强方向相反，所以正确.2.如图2所示，有一水平方向的匀强电场，场强大小为00,在电场内一水平面上作半径为10的圆，圆上取、两点，沿方向，,另在圆心处放一电量为10-的正点电荷，则处场强大小=处的场强大小=的正点电荷，则处场强大小=处的场强大小=图2.，答案01.27X103解析由二二，点电荷在处产生的场强=00，方向向左，所以处合场强为零.点电荷在处产生的场强=00n方向向下，所以处合场强为1.27X1

12、033.如图3所示，、三点为一直角三角形的三个顶点，N=30,现在、两点放置两点电荷、，测得点电场强度的方向与平行，则带电，：=%、;图3吸答案负1：8ib解析如图所示，放在点和点的点电荷在处产生的电场强度方向分别在和的连线上,因在点电场强度方向与、方向平行,故放在、点的点电荷和放在、点的点电荷产生的电场强度方向只能如图所示：由一和由一，故带负电，带正电，且=2,即一=2一，又由几何关系知=2，所以：=1：8.在场强为的点电荷,的匀强电场中，取点为圆心:，为半径作一圆周，在点固定一电荷量为十、bc为相互垂直的过圆心的两条直线和圆周的交点.当把一检验电荷十.在场强为的点电荷,放在点恰好平衡时如图

13、所示答案r，方向沿方向2)r，方向与方向成45角斜向下一，方向沿方向解析由题意可知：=一,=由于=,所以=-匀强电场方向沿方向检验电荷放在点：=厂=-所以=4一方向与方向成45角斜向下如图所示5.一个不带电的空心金属球，在它的球内放一个正电荷如图所示，其电场分布正确的是答案答案解析空心金属球内放一正电荷，由于静电感应使金属球外表带正电，球壳上达到静电平衡，内部场强为零，当金属球接地时，对外具有屏蔽作用，故选项、正确在点电荷一的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中点所激发的附加场强的方向在下图中正确的是答案解析感应电荷在盘中点?的附加,场强E-Q

14、应与一.在点产生的场强等大、反向，故则盘上感应电荷在盘中点所激发的附加场强的方向在下图中正确的是答案解析感应电荷在盘中点?的附加,场强E-Q应与一.在点产生的场强等大、反向，故正确如图所示，在真空中绝缘导体向带负电的小球缓缓靠近不相碰，下列说法中正确的是如图所示，在真空中绝缘导体向带负电的小球缓缓靠近不相碰，下列说法中正确的是77777777777777端的感应电荷越来越多在导体内场强越来越大导体的感应电荷在点产生的场强大于在点产生的场强导体的感应电荷在、两点产生的场强相等答案A、解析根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，故端带负电荷越多，端带的正电荷也越多，故正确；导体处于静电平衡状态，内

15、部场强处处为零，故错误；感应电荷的场强和带电小球的场强等大、反向、共线，由于带电小球在、点产生的场强大，故感应电荷在点产生的场强也大，故正确，错误；故选、如图6所示一.金属球，原来不带电.现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上如图6所示者相比最大最大答案解析处于静电平衡的导体内部场强处处为零，故、三点的场强都为零静电平衡的导体内部场强为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果，所以感应电荷在球内某点产生的电场的场强与在这一点形成的电场的场强等大反向，比较、三点感应电场的场强，实质上是比较带电体在这三点的场强，由于点离最近，故在点的场强最大，感应电荷在点的

16、场强也最大，故选项正确题组三静电屏蔽及其应用9.电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，下列说法正确的是()铜丝编织的衣服不易拉破电工被铜丝衣服所包裹，使体内电势为零电工被铜丝衣服所包裹，使体内电场强度为零铜线电阻小，能对人体起到保护作用答案C解析高压线路的检修人员在进行高压作业时，要穿上用金属丝网制成的高压作业服，相当于把人体用金属网罩起来铜这样，外部电场就不会影响到人体，从而避免了感应电场对人体的伤害故选项正确如图所示，带电体靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷在静电平衡后，下列物理量中等于零的是铜导体空腔内任意点的场强铜整个导体的电荷量铜导体外表面的电荷量铜导体空腔内表面的电荷量答案AD解析静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，且内表面不带电，故选项、正确导体外表面受带电体的影响，所带电荷量不为零，故选项、不正确如.图，四组静电实验中，能使左边的验电器的金箔张开的是答案解析处于静电平衡状态下的导体所带的电荷都分布在导体的外表面，用导线连接之后，左边的金箔也是外表面，故,错误电屏蔽的作用，验电器不受外电