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(dǎo)體》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 1 如果有幾個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在 電場中任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于這幾個(gè)點(diǎn)電荷各自在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和 叫場的疊加 2 處在電場中的導(dǎo)體 當(dāng)達(dá)到靜電平衡時(shí) 內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零 3 金屬殼內(nèi)不受外部電場的影響的現(xiàn)象叫靜電屏蔽 屏蔽意為無影響 并非擋住外電場 自學(xué)教材 1 概念若有幾個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在 它們產(chǎn)生的電場中任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于這幾個(gè)點(diǎn)電荷各自在的矢量和 這個(gè)結(jié)論叫做場強(qiáng)的疊加原理 2 方法場強(qiáng)的疊加遵循 該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度 平行四邊形定則 3 特點(diǎn)電場疊加具有 不僅點(diǎn)電荷的電場可以疊加 其他的場強(qiáng)都可以進(jìn)行疊加 普遍性 任何電場 重點(diǎn)詮釋 1 對場強(qiáng)疊加的理解 1 場強(qiáng)的疊加是一種解決問題的方法 相當(dāng)于等效替代 該點(diǎn)的實(shí)際場強(qiáng)等于各帶電體單獨(dú)存在時(shí)產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和 2 場強(qiáng)的疊加原理不僅適用于幾個(gè)點(diǎn)電荷的電場疊加 也適用于勻強(qiáng)電場和非勻強(qiáng)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(zhì)的重要區(qū)別 2 點(diǎn)電荷的電場和電場強(qiáng)度的疊加 1 電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度為各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和 場強(qiáng)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(diǎn)電荷A和B 分別帶正電和負(fù)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(qiáng)度為零的地方在 A A和B之間B A右側(cè)C B左側(cè)D A的右側(cè)及B的左側(cè) 解析 因?yàn)锳帶正電 B帶負(fù)電 所以只有A右側(cè)和B左側(cè)它們的電場強(qiáng)度方向相反 因?yàn)镼A QB 所以只有B左側(cè) 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(xué)教材 1 靜電平衡 1 定義 導(dǎo)體中沒有電荷的狀態(tài) 2 特點(diǎn) 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 電荷只分布在導(dǎo)體的 移動(dòng) 外表面上 2 靜電屏蔽 1 定義 當(dāng)中空的導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí) 內(nèi)部電場 因而導(dǎo)體的會(huì)對其內(nèi)部起作用 使它內(nèi)部不受影響的現(xiàn)象 2 應(yīng)用 電子儀器和電子設(shè)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(xiàn)象消除外電場的影響 無 外殼 電場 屏蔽 金屬殼 金屬網(wǎng) 屏蔽服 重點(diǎn)詮釋 1 靜電平衡的分析 1 自由電荷的移動(dòng) 導(dǎo)體剛放入電場中的瞬間 導(dǎo)體中的自由電荷受電場力F的作用 產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng) 如圖1 4 3甲 同時(shí)在導(dǎo)體中產(chǎn)生一個(gè)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(dāng)E E 時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)合場強(qiáng)為零 如圖丙 自由電荷受合力也為零 這時(shí)導(dǎo)體中無電荷定向移動(dòng) 即達(dá)到了靜電平衡狀態(tài) 3 結(jié)論 處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零 圖1 4 3 2 靜電平衡時(shí)導(dǎo)體的特點(diǎn) 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零指的是外部電場和附加電場的合場強(qiáng)為零 其效果相互抵消 2 導(dǎo)體表面任一點(diǎn)的場強(qiáng)方向與該處的表面垂直 3 凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上 4 對于一孤立的帶電體 可視為導(dǎo)體處于自己所帶電荷的電場之中 達(dá)到靜電平衡時(shí) 也有兩個(gè)基本特點(diǎn) 導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)處處為零 導(dǎo)體所帶電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上 3 靜電屏蔽的兩種情況 1 導(dǎo)體外部的電場影響不到導(dǎo)體內(nèi)部 圖1 4 4 2 接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場影響不到導(dǎo)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(gè)圖畫出了其空間電場的電場線情況 符合實(shí)際情況的是 圖1 4 6 解析 由靜電感應(yīng)的知識(shí)可知 金屬球殼的內(nèi)表面感應(yīng)出與正電荷等量的負(fù)電荷 外表面感應(yīng)出等量的正電荷 從正電荷到球殼的內(nèi)表面的空間電場線由正電荷出發(fā) 終止于內(nèi)表面 金屬球殼部分處于靜電平衡 內(nèi)部場強(qiáng)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(yuǎn)處 故選項(xiàng)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(gè)頂點(diǎn)分別固定三個(gè)點(diǎn)電荷 q q q 求該三角形中心O點(diǎn)處的場強(qiáng) 審題指導(dǎo) 審本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn) 1 O點(diǎn)的場強(qiáng)為三個(gè)電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生場強(qiáng)的矢量和 2 畫出示意圖 注意場強(qiáng)是矢量 指出方向 場強(qiáng)的疊加遵循矢量運(yùn)算法則 運(yùn)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(guān)鍵 圖1 4 8 在例1題中 若頂點(diǎn)B C處各放一電荷時(shí) 測得A處電場強(qiáng)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(qiáng)度的情況將會(huì)是怎樣 解析 根據(jù)矢量合成法則可推理知 在B C兩處同時(shí)存在場源電荷時(shí) 合電場場強(qiáng)方向沿平行BC的方向 說明B C兩處電荷在A處獨(dú)立產(chǎn)生的場強(qiáng)大小相等 方向均與合電場場強(qiáng)成60 當(dāng)撤去C處場源電荷時(shí) 只剩下B處場源電荷 此時(shí)A處場強(qiáng)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(gè)電荷量為q的點(diǎn)電荷 問 圖1 4 9 1 金屬桿中點(diǎn)處的場強(qiáng)為多少 2 金屬桿上的感應(yīng)電荷在桿中點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)為多大 思路點(diǎn)撥 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 是因?yàn)閮蓚€(gè)電場的疊加 求感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部某點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)時(shí) 應(yīng)首先分析外電場在該點(diǎn)的場強(qiáng)大小和方向 然后利用導(dǎo)體在靜電場中內(nèi)部場強(qiáng)為零這一靜電平衡條件求出感應(yīng)電荷的電場 圖1 4 10 1 如圖1 4 10所示 在孤立點(diǎn)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(diǎn)電荷在同一平面內(nèi) 試在圓盤A內(nèi)作出由盤上感應(yīng)電荷形成的附加電場的三條電場線 用實(shí)線表示 要求嚴(yán)格作圖 解析 畫出感應(yīng)電荷形成的附加電場在A圓盤內(nèi)的三條電場線 實(shí)線 如圖所示 導(dǎo)體A處于靜電平衡狀態(tài) 因此內(nèi)部每點(diǎn)的合場強(qiáng)都為零 即導(dǎo)體A內(nèi)的每一點(diǎn) 感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度都與點(diǎn)電荷Q在那點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相等 方向相反 即感應(yīng)電荷的電場線與點(diǎn)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(nèi)的實(shí)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(dǎo)體球殼 如圖1 4 11所示 球心處放一點(diǎn)電荷q 達(dá)到靜電平衡時(shí) 則 A q的電量變化時(shí) 球殼外電場隨之改變B q在球殼外產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為零C 球殼內(nèi) 外表面的電荷在殼外的合場強(qiáng)為零D q與球殼內(nèi)表面的電荷在殼外的合場強(qiáng)為零 思路點(diǎn)撥 球殼接地后 殼外邊的空間相當(dāng)于導(dǎo)體內(nèi)部 這個(gè)區(qū)域的場強(qiáng)等于q產(chǎn)生的場強(qiáng)與殼內(nèi)表面上的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)的合場強(qiáng) 解析 當(dāng)導(dǎo)體球殼接地時(shí) 殼內(nèi)電荷在殼外表面所產(chǎn)生的感應(yīng)電荷流入大地 這時(shí)殼內(nèi)電荷與殼內(nèi)表面的感應(yīng)電荷在殼內(nèi)壁以外 包含導(dǎo)體殼層 任一點(diǎn)的合場強(qiáng)為零 故選項(xiàng)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(yīng) 要掌握導(dǎo)體內(nèi)部的自由電荷是如何移動(dòng)的 是如何建立起附加電場的 何處會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電荷 另一方面是靜電平衡 要理解導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)所具有的特點(diǎn) 2 某研究性學(xué)習(xí)小組學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)后對電工穿的高壓作業(yè)服進(jìn)行研究 發(fā)現(xiàn)高壓作業(yè)服是用銅絲編織的 下列各同學(xué)的認(rèn)識(shí)正確的是 A 甲認(rèn)為銅絲編織的衣服不易拉破 所以用銅絲編織B 乙認(rèn)為電工被銅絲編織的衣服包裹 使體內(nèi)為勻強(qiáng)電場 對人體起保護(hù)作用 C 丙認(rèn)為電工被銅絲編織的衣服包裹 使體內(nèi)電場強(qiáng)度保持為零 對人體起保護(hù)作用D 丁認(rèn)為銅絲必須達(dá)到一定的厚度 才能對人體起到保護(hù)作用解析 高壓作業(yè)服用銅絲編織 是實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽 以達(dá)到對人體的保護(hù) 答案 C 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全