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1、2019-2020年高中物理第1章静电场第4节电场中的导体教学案鲁科版选修3-11.如果有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各自在该点产生的电场强度的矢量和。2处在电场中的导体，当达到静电平衡时，内部电场强度处处为零。3金属壳内不受外部电场的影响的现象叫静电屏蔽。屏蔽意为无影响，并非挡住外电场。一、场强叠加原理1概念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方法场强的叠加遵循平行四边形定则。3特点电场叠加具有普遍性，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。二
2、、静电平衡与静电屏蔽1静电平衡(1)定义：导体中没有电荷移动的状态。(2)特点导体内部场强处处为零。电荷只分布在导体的外表面上。2静电屏蔽(1)定义：当中空的导体达到静电平衡时，内部无电场，因而导体的外壳会对其内部起屏蔽作用，使它内部不受电场影响的现象。(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网，高压线路的检修人员要穿屏蔽服等，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。1自主思考判一判(1)在电场中导体处于静电平衡时，导体内任一点的场强一定为零。()(2)在电场中导体处于静电平衡时，导体内任一点感应电荷的场强一定为零。()(3)在电场中导体处于静电平衡时，导体内不再有
3、电荷移动。()(4)几个点电荷共同形成的电场中的某一点，各个点电荷的电场是相互影响的。()2合作探究议一议(1)电场强度的合成与力的合成有何相同之处？提示电场强度和力都是矢量，其合成都遵守平行四边形定则。(2)静电平衡的导体，其电荷分布在导体的外表面上，那么，导体内部还有电荷吗？提示静电平衡是指导体内部的合场强为零，没有电荷定向移动，并不是导体内部没有电荷。(3)形状不规则的带电体，表面上各处的电荷分布是否均匀？附近场强是否相等？提示在导体外表面，电荷分布不均匀，电场强度也不相等。场强叠加问题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，
4、图141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141图1422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142所示，均匀带电球体(或球壳)外各点的电场强度：Ek，式中r是球心到该点的距离(rR)，Q为整个球体所带的电荷量。1.如图143所示，M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点，O点为半圆弧的圆心，MOP60。电荷量相等、符号相反的两个点电荷分别置于M、N两点，这时O点电场强度的大小为E1；若将N点处的点电荷移至P点，则O点的场强大小变为E2，E1与E2之比为()图143A12B
5、21C2 D4解析：选B根据题意，每个点电荷在O点产生的场强为，则当N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E2，则，B正确。2.如图144所示，正点电荷Q放在一匀强电场中，在以Q为圆心、半径为r的圆周上有a、b、c三点，将检验电荷q放在a点，它受到的静电力正好为零，则匀强电场的大小和方向如何？b、c两点的场强大小和方向如何？图144解析：点电荷Q周围空间的电场是由两个电场叠加而成的。根据题意可知，Q在a点的场强和匀强电场的场强大小相等、方向相反，所以匀强电场的场强大小为E，方向向右。在b点，两个电场合成可得Eb，方向向右。在c点，两个电场合成可得Ec，方向指向右上方，与ab连
6、线成45角。答案：，方向向右；Eb，方向向右；Ec，方向指向右上方，与ab连线成45角。静电平衡与静电屏蔽问题1静电平衡的形成(1)自由电荷的移动：导体刚放入电场中的瞬间，导体中的自由电荷受电场力F的作用，产生定向运动(如图145甲)，同时在导体中产生一个附加电场E(如图乙)，使自由电荷又受电场力F的作用，F和F方向相反。(2)电场叠加：当EE时，导体内合场强为零(如图丙)，自由电荷受合力也为零，这时导体中无电荷定向移动，即达到了静电平衡状态。(3)结论：处于静电平衡的导体内部电场强度处处为零。图1452静电平衡时导体的特点(1)处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零。导体内部场强为零指的是外
7、部电场和附加电场的合场强为零，其效果相互抵消。(2)导体表面任一点的场强方向与该处的表面垂直。(3)净电荷只分布在导体的外表面上。(4)对于一孤立的带电体，可视为导体处于自己所带电荷的电场之中，达到静电平衡时，也有两个基本特点：导体内部的场强处处为零；导体所带电荷只能分布在导体的外表面上。3静电屏蔽的两种情况(1)导体外部的电场影响不到导体内部。图146(2)接地导体内部的电场影响不到导体外部。图1471.一金属球，原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电细杆MN，如图148所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比()图148AE
8、a最大BEb最大CEc最大 DEaEbEc解析：选C金属球处在带电细杆的电场内，静电平衡时，带电细杆和金属球上感应电荷在球内各处产生的合场强为零。设带电细杆在球内a、b、c三点产生的场强分别为Ea、Eb、Ec，静电平衡时满足条件EaEa0，EbEb0，EcEc0。由于c点离带电细杆最近，带电细杆在c点的场强最大，因此感应电荷在c点产生的场强也最大。2使一个绝缘导体所带电荷量增加一些，则导体内部的场强将()A一定增强 B一定减弱C可能增强也可能减弱 D保持不变解析：选D孤立带电体是处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，不随电荷量的变化而变化。3(多选)在如图所示的实验中，验电器的箔片会张开的
9、是()解析：选BD题图A中验电器箔片不会张开，金属网可以屏蔽外电场；题图B中验电器箔片会张开，因为金属网未接地，网内的带电体可以对外界产生影响；题图C中验电器箔片不会张开，因为金属网已接地，网内的带电体对网外无影响，网外的带电体对网内也无影响；题图D中电荷Q由于网罩的作用对外无影响，但对内仍有电场，故验电器箔片会张开。选项B、D正确。1处于静电平衡中的导体，内部场强处处为零的原因是()A外电场不能进入导体内部，导体内部没有电场B所有感应电荷在导体内部产生的合场强为零C外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为零D以上解释都不正确解析：选C导体处于静电平衡时，内部场强处处为零，不是导体内部
10、没有电场而是外电场与感应电荷产生的场强的合场强为零。2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解析：选C高压作业服用铜丝编织，是实现静电屏蔽，以达到对人体的保护。3(多选)关于静电平衡状态的导体，以下说法正确的是()A电荷只分布在导体的外表面上B导体内部场强为零，表面场强不为零C
11、导体内部场强为零，表面场强也为零D导体内部的电场只是感应电荷产生的附加电场解析：选AB根据静电平衡的特点，易知A、B正确，C错误；导体内部的电场是外部电场与感应电荷产生的电场的矢量和，则D错误。4.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1所示，则电场强度为零的地方在()图1AA和B之间BA右侧CB左侧 DA的右侧及B的左侧解析：选C因为A带正电，B带负电，所以只有A右侧和B左侧它们的电场强度方向相反，因为QAQB，所以只有B左侧，才有可能EA与EB等大反向，因而才可能有EA和EB矢量和为零的情况。5. (多选)如图2所示，在真空中把一绝缘导体向带负电的小球缓
12、慢地靠近(不接触)，则下列说法中正确的是()图2AB端的感应电荷越来越多B导体内场强越来越大C感应电荷在M点产生的场强小于在N点产生的场强D感应电荷在M点和N点产生的场强相等解析：选AC绝缘导体向带电小球移动的过程中，导体中电荷受到的外电场的作用力变大，使内部的自由电荷不断移动，两端聚集的电荷越来越多，选项A正确；由于导体缓慢移动，所以可以认为移动过程中导体一直处于静电平衡状态，内部场强处处、时时为零，选项B错误；感应电荷在M、N点产生的场强应与带电小球在M、N点产生的场强等大反向，由点电荷的场强公式Ek可知，选项C正确，D错误。6(多选)图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在哪些情
13、况中，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引()解析：选AD小纸屑是绝缘体，当处于电场中时，虽不会像导体一样出现电荷的定向移动，但也会受到施感电荷的吸引力。A中由于静电屏蔽，N内部无电场，所以S不会被吸引，A正确。B中N没有接地，P的电场会影响到N外部，即S处有电场，S会被吸引。C中P和S都处于导体N的外部，S处有电场，会被吸引。D中N被接地，内部电场不影响导体外部，即S处无电场，不会被吸引，D正确。7.如图3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3
14、AA与B带正电，C带负电，D带正电BD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DA带正电，D带负电，B与C不带电解析：选BA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。8. (多选)如图4所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷Q，a、b是金属板右侧表面的两点，其中a到Q的距离较小。下列说法中正确的是()图4A由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电B由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面不带电Ca、b两点的电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同，但a点的场强比b点的场强小一些Da、b两点的电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同，但a点的场强比b点的场强大一些解析：选BD金属板若不接地，右侧表面将有感应的负电荷，左侧表面将有感应的等量的正电荷。现将金属板左侧表面接地，自由电子通过接地导线移向金属板左侧表面，达到静电平衡时左侧表面不带电，而金属板右侧表面所带电荷不变，故A错误，B正确。金属板接地时，右侧表面上仍有感应负电荷，而且a点附近的电荷面密度(单位表面积的电荷量)比b点附近的电荷面密
