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1、课时1.4电场中的导体1.如果有几个点电荷同时存在,根据场强的定义和库仑力的可叠加性,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①_______,这个结论叫做场强叠加原理。有了场强叠加原理,如果电荷的②_______已知,就可以根据点电荷的场强公式,求出电场中各点的电场强度。电场具有可叠加性,这是电场这种特殊物质与平常所说的实体物质的一个重要区别。从电场的③___________可知,几个电场可以同时占据同一个④_______,而实物的分子或原子所占据的空间则不能为另一个分子或原子所占据。2.物理学中将导体中没有电荷定向移动的状态叫
2、做⑤_________。处于静电平衡状态的导体,内部电场强度⑥____________;处于静电平衡状态的导体,电荷只分布在导体的⑦__________。矢量和分布可叠加性空间静电平衡外表面上处处为零3.如果导体是中空的,当它达到静电平衡时,内部也将没有电场,这样导体的外壳就会对它的内部起到“保护”,作用,使它的内部不受⑧___________的影响,这种现象称为静电屏蔽。静电屏蔽不但可以使金属壳⑨_______不受外部电场的影响,还可以通过用⑩_____________的方法隔离内部带电体对外界的影响。内部外部电场金属壳接地主题1:场强叠加原理情景:如图所
3、示,如果在空间某区域有几个点电荷同时存在,它们产生的电场就相互叠加,形成合电场,这时某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。问题:场强的叠加原理对于场强的计算非常重要,阅读课本第21页“场强叠加原理”内容,谈谈你是怎样理解电场的叠加的。解答:对于合场强的计算有两点认识,首先场强是矢量,故欲求出各个电荷在某点受电场力的矢量和需用平行四边形法则;其次,各个电荷产生的电场是独立的、互不影响的。利用电场的叠加原理,理论上可计算任意带电体在任意点的场强。通过电场具有可叠加性,对电场这种物质又具有了新的认识。几个电场可以同时占据同一个空间,这是电场这种
4、特殊物质与平常所说的实体物质的一个重要区别。主题2:静电平衡情景:金属导体内的自由电荷在没有电场影响时,做无规则热运动,如图甲所示;将不带电的导体置于电场中时,导体中的自由电荷受力,发生定向移动,从而重新分布。重新分布的电荷在导体内产生一个与原电场反向的电场,阻碍电荷定向移动,该电场与外电场叠加,使导体内部的电场减弱,如图乙所示;只要内部场强不为零,导体两面的正负电荷便继续增加,导体的内部电场就会继续削弱,直至导体内部的合场强都等于零的时候为止,这时导体内自由电子不再发生定向移动。此时导体处于静电平衡状态,如图丙所示。问题:阅读课本第22页“静电平衡与静电屏
5、蔽”内容,结合上述情景,谈谈处于静电平衡状态的导体有何特点?为什么?解答:处于静电平衡的导体具有以下特点:(1)导体内部任意一点的电场强度等于零。因为,如果有一点场强不为零,该点的自由电子就要在电场力的作用下做宏观运动,于是就不是静电平衡。(2)导体表面上任一点的场强必定垂直于导体表面。这是因为,如果不垂直于导体表面,则可将电场强度分解成一个法向分量和一个切向分量,导体表面的电荷将在场强切向分量的作用下移动,这又是和静电平衡相矛盾的。(3)在静电平衡条件下,电荷都分布在导体的表面上,导体内部任一小体积元内的净电荷等于零。这是必然的,因为,如果导体内部有净电荷
6、,这些电荷周围有静电场,这就和导体在电场中达到静电平衡时其内部任一点场强等于零的结论相矛盾。主题3:静电屏蔽情景:由导体静电平衡的条件和特点可知,导体在电场中达到静电平衡后,导体内部任何点的场强均为零。所以,导体外部的电场线只能终止(或起始)于导体表面,并和导体表面垂直,不能穿过导体进入内部。也就是说,空腔导体内部的物体不会受到外部电场的影响。空腔导体使其内部不受外电场影响的性质叫静电屏蔽。空腔导体的这个作用,在很多领域有广泛的应用,例如许多无线电元器件都要装在金属壳里,一些精密电子仪器需要安装在金属房里。问题:阅读课本第22页“静电平衡与静电屏蔽”内容,谈
7、谈用做静电屏蔽的空腔导体在接地和不接地两种情况下有何不同?解答:如果空腔导体不接地,虽然可以屏蔽外电场,但当空腔内有电荷存在(净电荷不为零)时,空腔导体内部的电荷会在导体外部激发电场。当导体接地时,不仅导体外部的电场对空腔内部无影响,而且导体内部的电荷对导体外部空间也无影响,这也是一种静电屏蔽。这是接地导体对其内部电荷的屏蔽。知识链接:接地的空心导体还可以屏蔽其内部的电场,使其不对外部空间产生影响。主题4:关于静电平衡与静电屏蔽的两个小实验情景:(1)法拉第圆筒实验:取两个验电器A和B,B上装一个金属圆筒C(法拉第圆筒),用起电机使法拉第圆筒带电后,验电器B
8、的箔片张开,用带有绝缘柄的金属小球d跟C的外部接触,
