鲁科版高中物理选修31课件电场中的导体课件4

第4节

电场中的导体第4节电场中的导体温故知新温故知新1．在力学中我们学习过力的合成法则，请同学们写出互成角度θ的两个共点力F1、F2合力公式？精彩回眸2.如图1－4－1所示，分别在A、B两点放上点电荷Q1＝＋2×10－14C和Q2＝－2×10－14C，在AB的垂直平分线上有一点C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2m，试求：图1-4-11．在力学中我们学习过力的合成法则，请同学们写出互成角度θ的(1)C点的场强为________N/C；(2)如果有一个电子静止在C点，它所受的库仑力的大小为________N，方向________．答案：(1)5×10－2

(2)8.0×10－21方向平行AB向左(1)C点的场强为________N/C；一、场强叠加原理1．内容：如果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__________________________的矢量和．2．方法：场强的叠加遵循___________定则．3．普遍性：不仅点电荷的电场可以叠加，其他任何电场的场强都可以进行叠加．新知梳理各自在该点产生的电场强度平行四边行一、场强叠加原理新知梳理各自在该点产生的电场强度平行四边行二、静电平衡与静电屏蔽1．静电感应现象_____中条件→现象→本质2．静电平衡(1)定义：导体中(包括表面上)没有电荷_________的状态．(2)特点①导体内部场强_________．导体处在导体在两端出现__________电荷自由电荷在______作用下发生_________电场力定向电场等量异种移动处处为零定向移动二、静电平衡与静电屏蔽导体处在导体在两端出现_______②导体表面任一点的场强方向与该处的表面____．③电荷只分布在导体的________．3．静电屏蔽(1)定义：处于________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_________影响的现象．(2)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__________消除外电场的影响．垂直静电平衡外部电场静电屏蔽外表面上②导体表面任一点的场强方向与该处的表面____．垂直静电平衡合作探究合作探究1．内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，导体内部没有电荷．2．受导体的形状影响，尖锐的位置电荷密度大．3．“远近端”电荷的电性相反，电量相等．(1)如图1－4－2所示，处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，即“远同近异”．静电平衡导体的电荷分布有什么特点？1．内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，导体内部没有电荷．(2)如图1－4－3所示，当把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看做是一个大导体，有些问题中所提到的“用手触摸某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体．图1-4-2(2)如图1－4－3所示，当把两个或多个原来彼此绝缘的导体接温馨提示：一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点．人与大地都是导体，在人摸(触)导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，地球往往是新导体的远端．图1-4-3温馨提示：一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电如图1－4－4所示，金属球壳的内外表面分别用C、D表示，B球与金属球壳内表面紧密接触．金属小球A原来带正电，金属球壳与金属小球B原来不带电，当用一根导线将A、B两球连接时，以下判断中正确的是 (

)图1-4-4A．A与B带正电，C带负电，D带正电B．D带正电，A带正电，B与C不带电C．只有A带正电，其他均不带电D．A带正电，D带负电，B与C不带电如图1－4－4所示，金属球壳的内外表面分别用C、D表示，B球解析：A与B用导线连接后，A、B两球以及球壳成为一个大导体，A球表面及球壳的外表面D相当于大导体的外表面，B球表面及球壳内表面相当于大导体的内表面．因为静电平衡导体的电荷只分布在外表面上，故B正确，A、C、D错误．答案：B解析：A与B用导线连接后，A、B两球以及球壳成为一个大导体，1．导体内部不受外部电场的影响(1)现象：使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片张开，这表示验电器受到附近带电体的影响，如图1－4－5(甲)所示；用一个金属网罩把验电器罩住，再让带电金属球靠近，验电器的箔片不张开，这表示金属网罩内的验电器不受附近带电体的影响，如图(1－4－5乙)所示．静电屏蔽的两种情况1．导体内部不受外部电场的影响静电屏蔽的两种情况(2)本质：是静电感应．导体外表面的感应电荷在导体内部产生的电场与外电场相互叠加，使导体内部场强处处为零．图1-4-5(2)本质：是静电感应．导体外表面的感应电荷在导体内部产生的2．接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响(1)现象：金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属壳，验电器箔片张开，这表示网罩内带电体产生的电场能使外界受到影响(如图1－4－6甲)；把金属网罩接地，则验电器箔片不张开，这表示金属网罩接地，内部电场不影响外界(如图1－4－6乙)．图1-4-62．接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响图1-4-6(2)本质：是静电感应．网罩内小球所带电荷与网罩内表面感应电荷在网罩外产生的电场相互叠加使网罩外场强处处为零．温馨提示：(1)接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响．(2)空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间产生影响．(2)本质：是静电感应．网罩内小球所带电荷与网罩内表面感应电2.有一接地的导体球壳，如图1－4－7所示，球心O处放一点电荷q，达到静电平衡时，则 (

)A．q的电量变化时，壳外电场随之改变图1-4-7B．q在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场强为零D．q与壳内表面的电荷在壳外的合场强为零2.有一接地的导体球壳，如图1－4－7所示，球心O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，或大地内的电子流入球壳，即壳外表面不带电，这时壳内电荷与壳内表面的感应电荷在壳内壁以外(包括导体壳层)任一点的合场强为零．故D正确，A、B、C错误．答案：D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典例精析典例精析【例1】在场强为E的匀强电场中，取O点为圆心，r为半径作一圆周，在O点固定一电荷量为＋Q的点电荷，a、b、c、d为相互垂直的两条直线(其中一条沿竖直方向)和圆周的交点．当把一检验电荷＋q放在d点恰好平衡(如图1－4－8所示)．场的叠加的应用图1-4-8(1)匀强电场场强E的大小、方向如何？(2)检验电荷＋q放在点c时，受力Fc的大小、方向如何？(3)检验电荷＋q放在点b时，受力Fb的大小、方向如何？【例1】在场强为E的匀强电场中，取O点为圆心，r为半径作一鲁科版高中物理选修3-1课件-电场中的导体课件4鲁科版高中物理选修3-1课件-电场中的导体课件4反思领悟：检验电荷处在匀强电场和点电荷＋Q产生的电场组成的叠加场中，因此要求检验电荷在电场中某点所受的电场力，首先应确定该点的合场强，要确定合场强，就需要求匀强电场的场强，而题目已经告诉当检验电荷处在d点时恰好平衡，这恰恰是两电场共同作用的结果，据此则问题可解．反思领悟：检验电荷处在匀强电场和点电荷＋Q产生的电场组成的叠

如图1－4－9所示，在y轴上关于O点对称的A、B两点有等量同种点电荷＋Q，在x轴上C点有点电荷－Q，且CO＝OD，∠ADO＝60°.根据上述说明，在x轴上场强为零的点为________．图1-4-9解析：在x轴上由－Q产生的电场强度方向沿水平方向，在C点右侧水平向左，左侧水平向右，要想和等量的正电荷在x轴上产生的合场强为零，该点应该出现在C点的右侧，距离A、B、C三个电荷相同的D点上．答案：D点 如图1－4－9所示，在y轴上关于O点对称的A、B两点有等量【例2】如图1－4－10所示，A为带电的空腔导体，B为离A很远的不带电的验电器，现用一根导线一端与A的内壁接触，另一端与B的金属球接触，则B的箔片是否张开？静电平衡问题图1-4-10【例2】如图1－4－10所示，A为带电的空腔导体，B为离A思路点拨：连接后A、B成为一个导体，只要B处在A球的外部，无论导线与A球的何处接触，验电器均带电，若B在A球的内部，验电器不带电．解析：导线把A和B连接在一起，形成一个整体，B实际上是成了A的外表面的一部分，因此B将带电，则B中箔片张开．答案：张开反思领悟：对于静电平衡的导体，要正确理解其特点，同时要分清导体的内部和外部以及E感、E原、E合，知道内部场强为零及电荷分布在外表面的原因．思路点拨：连接后A、B成为一个导体，只要B处在A球的外部，无

如图1－4－11所示，若把验电器B放在空腔带电导体A的内部时，(1)用导线连接A的内壁与B的金属小球，此时验电器B的箔片是否张开？图1-4-11(2)若用导线连接A的外壁与B的金属小球，此时验电器B的箔片是否张开？解析：两种情况下，只要用导线把A、B的金属球相连，B就属于导体内部的一部分，因此B的箔片都不会张开．答案：(1)不张开(2)不张开 如图1－4－11所示，若把验电器B放在空腔带电导体A的内部【例3】如图1－4－12所示，空心导体上方有一靠近的带有正电的带电体．当一个重力不计的正电荷以速度v水平飞入空心导体内时，电荷将做(

)静电屏蔽的应用图1-4-12A．向上偏转的类似平抛运动B．向下偏转的类似平抛运动C．匀速直线运动D．变速直线运动【例3】如图1－4－12所示，空心导体上方有一靠近的带有正解析：空心导体处在带正电的带电体的附近，根据电场中导体的特点，空心导体起到了静电屏蔽的作用，使得内部电场场强为零，电荷不受电场力的作用，所以做匀速直线运动，C选项正确．答案为C.答案：C反思领悟：(1)研究电荷的运动状态，必须把握住电荷的受力情况．(2)空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场，对于电场中的导体一定要明确内部场强处处为零．导体表面处电场线与导体垂直的特点．解析：空心导体处在带正电的带电体的附近，根据电场中导体的特点

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 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解析：铜丝编织的衣服起到静电屏蔽的作用，使人体内部场强为零，故C项正确．答案：C解析：铜丝编织的衣服起到静电屏蔽的作用，使人体内部场强为零，静电感应现象中电场的分布电场的分布最终取决于导体表面电荷的分布特点，因此分析静电平衡问题时要注意电荷的分布及变化．创新拓展图1-4-13【例4】如图1－4－13所示，一导体球A带有正电荷，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度的大小为EA.在A球球心与P点连线上有一带负电的点电荷B，当只有它存在静电感应现象中电场的分布创新拓展图1-4-13【例4】如时，它在空间P点产生的电场强度大小为EB.当A、B同时存在时，根据场强叠加原理，P点的场强大小应为 (

)

A．EB B．EA＋EBC．|EA－EB| D．以上说法都不对解析：当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时，导体球上的电荷将均匀分布在导体球表面．根据题意均匀分布在导体球上的电荷在P点产生的场强为EA.当把点电荷放在B点后，虽然导体球所带的总电荷量未变，但因静电感应，导体球上的电荷将重新分布，直到达到静电平衡．这时，导体球时，它在空间P点产生的电场强度大小为EB.当A、B同时存在时上的电荷在P点产生的场强EA′不等于EA.由于点电荷B不涉及电荷如何分布的问题，它在P点产生的场强与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为EB，当点电荷与导体球A同时存在时，P点的场强应由EA′与EB叠加而成，而不是由EA与EB叠加．这样对场强叠加原理的理解准确了，就能立即断定A、B、C三个选项都是不对的．答案：D上的电荷在P点产生的场强EA′不等于EA.由于点电荷B不涉及第4节

电场中的导体第4节电场中的导体温故知新温故知新1．在力学中我们学习过力的合成法则，请同学们写出互成角度θ的两个共点力F1、F2合力公式？精彩回眸2.如图1－4－1所示，分别在A、B两点放上点电荷Q1＝＋2×10－14C和Q2＝－2×10－14C，在AB的垂直平分线上有一点C，且AB＝AC＝BC＝6×10－2m，试求：图1-4-11．在力学中我们学习过力的合成法则，请同学们写出互成角度θ的(1)C点的场强为________N/C；(2)如果有一个电子静止在C点，它所受的库仑力的大小为________N，方向________．答案：(1)5×10－2

(2)8.0×10－21方向平行AB向左(1)C点的场强为________N/C；一、场强叠加原理1．内容：如果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__________________________的矢量和．2．方法：场强的叠加遵循___________定则．3．普遍性：不仅点电荷的电场可以叠加，其他任何电场的场强都可以进行叠加．新知梳理各自在该点产生的电场强度平行四边行一、场强叠加原理新知梳理各自在该点产生的电场强度平行四边行二、静电平衡与静电屏蔽1．静电感应现象_____中条件→现象→本质2．静电平衡(1)定义：导体中(包括表面上)没有电荷_________的状态．(2)特点①导体内部场强_________．导体处在导体在两端出现__________电荷自由电荷在______作用下发生_________电场力定向电场等量异种移动处处为零定向移动二、静电平衡与静电屏蔽导体处在导体在两端出现_______②导体表面任一点的场强方向与该处的表面____．③电荷只分布在导体的________．3．静电屏蔽(1)定义：处于________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_________影响的现象．(2)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__________消除外电场的影响．垂直静电平衡外部电场静电屏蔽外表面上②导体表面任一点的场强方向与该处的表面____．垂直静电平衡合作探究合作探究1．内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，导体内部没有电荷．2．受导体的形状影响，尖锐的位置电荷密度大．3．“远近端”电荷的电性相反，电量相等．(1)如图1－4－2所示，处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，即“远同近异”．静电平衡导体的电荷分布有什么特点？1．内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，导体内部没有电荷．(2)如图1－4－3所示，当把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看做是一个大导体，有些问题中所提到的“用手触摸某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体．图1-4-2(2)如图1－4－3所示，当把两个或多个原来彼此绝缘的导体接温馨提示：一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点．人与大地都是导体，在人摸(触)导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，地球往往是新导体的远端．图1-4-3温馨提示：一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电如图1－4－4所示，金属球壳的内外表面分别用C、D表示，B球与金属球壳内表面紧密接触．金属小球A原来带正电，金属球壳与金属小球B原来不带电，当用一根导线将A、B两球连接时，以下判断中正确的是 (

)图1-4-4A．A与B带正电，C带负电，D带正电B．D带正电，A带正电，B与C不带电C．只有A带正电，其他均不带电D．A带正电，D带负电，B与C不带电如图1－4－4所示，金属球壳的内外表面分别用C、D表示，B球解析：A与B用导线连接后，A、B两球以及球壳成为一个大导体，A球表面及球壳的外表面D相当于大导体的外表面，B球表面及球壳内表面相当于大导体的内表面．因为静电平衡导体的电荷只分布在外表面上，故B正确，A、C、D错误．答案：B解析：A与B用导线连接后，A、B两球以及球壳成为一个大导体，1．导体内部不受外部电场的影响(1)现象：使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片张开，这表示验电器受到附近带电体的影响，如图1－4－5(甲)所示；用一个金属网罩把验电器罩住，再让带电金属球靠近，验电器的箔片不张开，这表示金属网罩内的验电器不受附近带电体的影响，如图(1－4－5乙)所示．静电屏蔽的两种情况1．导体内部不受外部电场的影响静电屏蔽的两种情况(2)本质：是静电感应．导体外表面的感应电荷在导体内部产生的电场与外电场相互叠加，使导体内部场强处处为零．图1-4-5(2)本质：是静电感应．导体外表面的感应电荷在导体内部产生的2．接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响(1)现象：金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属壳，验电器箔片张开，这表示网罩内带电体产生的电场能使外界受到影响(如图1－4－6甲)；把金属网罩接地，则验电器箔片不张开，这表示金属网罩接地，内部电场不影响外界(如图1－4－6乙)．图1-4-62．接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响图1-4-6(2)本质：是静电感应．网罩内小球所带电荷与网罩内表面感应电荷在网罩外产生的电场相互叠加使网罩外场强处处为零．温馨提示：(1)接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响．(2)空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间产生影响．(2)本质：是静电感应．网罩内小球所带电荷与网罩内表面感应电2.有一接地的导体球壳，如图1－4－7所示，球心O处放一点电荷q，达到静电平衡时，则 (

)A．q的电量变化时，壳外电场随之改变图1-4-7B．q在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场强为零D．q与壳内表面的电荷在壳外的合场强为零2.有一接地的导体球壳，如图1－4－7所示，球心O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，或大地内的电子流入球壳，即壳外表面不带电，这时壳内电荷与壳内表面的感应电荷在壳内壁以外(包括导体壳层)任一点的合场强为零．故D正确，A、B、C错误．答案：D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典例精析典例精析【例1】在场强为E的匀强电场中，取O点为圆心，r为半径作一圆周，在O点固定一电荷量为＋Q的点电荷，a、b、c、d为相互垂直的两条直线(其中一条沿竖直方向)和圆周的交点．当把一检验电荷＋q放在d点恰好平衡(如图1－4－8所示)．场的叠加的应用图1-4-8(1)匀强电场场强E的大小、方向如何？(2)检验电荷＋q放在点c时，受力Fc的大小、方向如何？(3)检验电荷＋q放在点b时，受力Fb的大小、方向如何？【例1】在场强为E的匀强电场中，取O点为圆心，r为半径作一鲁科版高中物理选修3-1课件-电场中的导体课件4鲁科版高中物理选修3-1课件-电场中的导体课件4反思领悟：检验电荷处在匀强电场和点电荷＋Q产生的电场组成的叠加场中，因此要求检验电荷在电场中某点所受的电场力，首先应确定该点的合场强，要确定合场强，就需要求匀强电场的场强，而题目已经告诉当检验电荷处在d点时恰好平衡，这恰恰是两电场共同作用的结果，据此则问题可解．反思领悟：检验电荷处在匀强电场和点电荷＋Q产生的电场组成的叠

如图1－4－9所示，在y轴上关于O点对称的A、B两点有等量同种点电荷＋Q，在x轴上C点有点电荷－Q，且CO＝OD，∠ADO＝60°.根据上述说明，在x轴上场强为零的点为________．图1-4-9解析：在x轴上由－Q产生的电场强度方向沿水平方向，在C点右侧水平向左，左侧水平向右，要想和等量的正电荷在x轴上产生的合场强为零，该点应该出现在C点的右侧，距离A、B、C三个电荷相同的D点上．答案：D点 如图1－4－9所示，在y轴上关于O点对称的A、B两点有等量【例2】如图1－4－10所示，A为带电的空腔导体，B为离A很远的不带电的验电器，现用一根导线一端与A的内壁接触，另一端与B的金属球接触，则B的箔片是否张开？静电平衡问题图1-4-10【例2】如图1－4－10所示，A为带电的空腔导体，B为离A思路点拨：连接后A、B成为一个导体，只要B处在A球的外部，无论导线与A球的何处接触，验电器均带电，若B在A球的内部，验电器不带电．解析：导线把A和B连接在一起，形成一个整体，B实际上是成了A的外表面的一部分，因此B将带电，则B中箔片张开．答案：张开反思领悟：对于静电平衡的导体，要正确理解其特点，同时要分清导体的内部和外部以及E感、E原、E合，知道内部场强为零及电荷分布在外表面的原因．思路点拨：连接后A、B成为一个导体，只要B处在A球的外部，无

如图1－4－11所示，若把验电器B放在空腔带电导体A的内部时，(1)用导线连接A的内壁与B的金属小球，此时验电器B的箔片是否张开？图1-4-11(2)若用导线连接A的外壁与B的金属小球，此时验电器B的箔片是否张开？解析：两种情况下，只要用导线把A、B的金属球相连，B就属于导体内部的一部分，因此B的箔片都不会张开．答案：(1)不张开(2)不张开 如图1－4－11所示，若把验电器B放在空腔带电导体A的内部【例3】如图1－4－12所示，空心导体上方有一靠近的带有正电的带电体．当一个重力不计的正电荷以速度v水平飞入空心导体内时，电荷将做(

)静电屏蔽的应用图1-4-12A．向上偏转的类似平抛运动B．向下偏转的类似平抛运动C．匀速直线运动D．变速直线运动【例3】如图1－4－12所示，空心导体上方有一靠近的带有正解析：空心导体处在带正电的带电体的附近，根据电场中导体的特点，空心导体起到了静电屏蔽的作用，使得内部电场场强为零，电荷不受电场力的作用，所以做匀速直线运动，C选项正确．答案为C.答案：C