2018版高中物理第1章静电场第4节电场中的导体学案鲁科版选修3_1

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1、第4节　电场中的导体学习目标知识脉络1.知道电场强度的叠加遵循平行四边形定则，会应用其进行场强叠加运算．(重点)2.知道静电感应产生的原因及静电平衡的概念．(重点)3.了解静电屏蔽，知道静电屏蔽的实际应用．(难点)场强叠加原理1．内容：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该点产生的电场强度的矢量和．这个结论叫做场强的叠加原理．2．遵循的法则：场强的叠加遵循平行四边形定则．1．场强叠加原理仅适用于点电荷共同形成的电场．(×)2．在场强叠加区域，电场线可以相交叉．(×)3．等量同种电

2、荷连线上，中点场强为零．(√)　　对于几个点电荷共同形成的电场中的某一点，各个点电荷产生的电场是否相互影响？怎样计算它们的合场强？【提示】　(1)各个点电荷产生的电场是独立的、互不影响的．(2)由于场强是矢量，故欲求出各个点电荷在某点受电场力的矢量和需用平行四边形定则．(3)利用电场的叠加原理，理论上可计算出任意带电体在任意点的场强．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141所示．图141探讨1：点电荷A、B连线之间场强方向如何？【提示】　由A指向B.探讨2：连线上场强为零的地方在哪

3、？【提示】　B左侧．　场强叠加原理(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．这种关系叫做电场强度的叠加．例如，图142中，P点的电场强度等于＋Q1在该点产生的电场强度E1与－Q2在该点产生的电场强度E2的矢量和．图142(2)比较大的带电体的电场，可把带电体分做若干小块，每小块看成点电荷，用点电荷电场叠加的方法计算．(3)如图143所示，均匀带电球体(或球壳)外各点的电场强度：E＝k式中r是球心到该点的距离(r＞R)，Q为整个球体所带的电荷量．图1431．真空中两个等量异种点电荷电荷量的值均

4、为q，相距为r，两点电荷连线中点处的场强为(　　)A．0　　　　　　　　　B．2kq/r2C．4kq/r2D．8kq/r2【解析】　两点电荷在中点处的场强等大同向，E＝2k＝8k.【答案】　D2．如图144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.【导学号：34022011】图144【解析】　每个点电荷在O点处的场强大小都为EA＝EB＝EC＝k＝，方向如图所示，EA与EB的夹角为120°，故EA、EB的矢量和大小EAB＝EA＝EB，方向与EC方向相同，则O点处

5、的场强E＝EAB＋EC＝＋＝，方向由O指向C.【答案】　，方向由O指向C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.静电平衡与静电屏蔽1．静电平衡导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡．处于静电平衡的导体内部场强为零．电荷只分布在导体的外表面上．2．静电屏蔽中空导体达到静电平衡时，内部场强为零，使得内部空间不受外电场的影响．这种现象叫做静电屏蔽．接地的中空导体也可以将内部电荷产生的电场屏蔽，使其对外部不产生影响．1．在电场中导体处于静电平衡时，导体内任一点的场强为零．(√)2

6、．处于静电平衡的导体，净电荷只能分布在导体的外表面上．(√)3．在电场中导体处于静电平衡时，导体内任一点的感应电荷的场强为零．(×)　　什么材料的物体才适合做静电屏蔽器？【提示】　金属材料的物体才能做静电屏蔽器．静电屏蔽的原理是静电平衡，只有金属导体才能处于静电平衡状态．　如图145所示，金属笼中的人在做电击实验．图145探讨1：为什么笼内的人安然无恙？【提示】　金属笼达到静电平衡时，内部场强处处为零．笼内不受外部电场的影响，故人安然无恙．探讨2：静电平衡状态是怎样形成的？【提示】　感应电荷的电场和外电场叠加，合场强等于

7、零时，导体中的自由电子不再发生定向移动，导体达到了静电平衡状态．1．静电平衡的实质(1)在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合场强减小，随着感应电荷的继续增加，合场强逐渐减小，直至合场强为零，自由电荷的定向移动停止．(2)静电平衡时，导体内存在两个电场：外电场E0和感应电荷在导体内部产生的附加电场E′，在导体内部各位置，附加电场E′，与外电场E0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．静电平衡的形成过程如图146所

8、示：图1462．静电平衡导体的特点(1)静电平衡导体内部没有电荷的定向移动；(2)静电平衡导体内部合场强处处为零，即E内＝0；(3)静电平衡导体表面电场方向与导体表面垂直；(4)净电荷只分布在导体的外表面上，外表面上曲率半径越大，净电荷分布的密度越小．3．如图147所示，接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电荷量为Q