第1章 第4节 电场中的导体-2020-2021学年高中物理选修3-1【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第4节　电场中的导体 [学习目标] 1．了解导体的静平衡状态，知道静平衡状态下导体的基本特点。 2．知道静电屏蔽现象及应用。 3．会用场强的叠加原理计算有关问题。 一、场强的叠加原理 1．内容 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矢量和，这个结论叫做场强叠加原理。 例如，图1－4－1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，如图中的E所示。 图1－4－1 2．说明 (1)电场强度是矢量，场强的叠加遵循平行四边形定则。 (2)比较大的带电体的电场，可把带电体分成若干小块，每小块看成点电荷，用点电荷电场叠加的方法计算。 二、静电平衡 1．静电平衡状态 导体中(包括表面)没有电荷的状态。 2．静电平衡状态下导体的特点 (1)导体内部场强处处为零； (2)电荷只分布在导体的外表面上。 (3)导体表面任意一点的场强方向与该处表面垂直。 三、静电屏蔽 1．定义：处于静电平衡状态的中空导体壳，内部场强处处为零，导体外壳使它内部不受外部电场影响的现象。 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套，高压线路的检修人员要穿屏蔽服等，都是利用静电屏蔽消除外电场的影响。 [自主诊断]——判正误 　(1)处在静电平衡状态的导体内部既无正电荷，又无负电荷。(×) (2)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零。(√) (3)静电平衡状态下的导体内部的自由电子受力为零。(×) (4)避雷针的顶端做的很尖细属于静电屏蔽现象。(×)[来源:学,科,网Z,X,X,K] (5)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开。(×) 考点一　电场的叠加 分析电场的叠加问题的一般步骤 (1)确定分析计算的空间位置；(2)分析该处有几个分电场，先计算出各个分电场在该点的电场强度的大小和方向；(3)依次利用平行四边形定则求出矢量和。 [例1]　如图1－4－2所示，真空中，带电荷量分别为＋Q和－Q的点电荷A、B相距r，求：[来源:Zxxk.Com] 图1－4－2 (1)两点电荷连线的中点O的场强的大小和方向。 (2)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′点的场强大小和方向。 [审题探究]　(1)点电荷A、B在O点分别产生的电场的电场强度大小、方向如何？ (2)点电荷A、B在O′点分别产生的电场的电场强度大小、方向如何？ [解析]　(1)如右图所示，A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同，由O→B。A、B两点电荷在O点产生的电场的电场强度： EA＝EB＝＝。 所以O点的场强为：EO＝EA＋EB＝。 (2)如图所示， EA′＝EB′＝。 由矢量图所形成的等边三角形 可知，O′点的合场强 EO′＝EA′＝EB′＝， 方向与A、B的中垂线垂直，指向－Q。 [答案]　(1)，方向由O→B　(2)，方向水平向右 [规律总结] 等量同种点电荷与等量异种点电荷的电场比较 等量异种点电荷 等量同种(正)点电荷 电场线分布图 连线上的场强大小 O点最小，从O点沿连线向两边逐渐变大 O点为零，从O点沿连线向两边逐渐变大 中垂线上的场强大小 O点最大，从O点沿中垂线向两边逐渐变小 O点为零，从O点沿中垂线向两边先变大后变小 关于O点对称的点A与 A′、B与B′的场强 等大同向 等大反向 ●对点训练 1．(多选)AB和CD为圆上两条相互垂直的直径，圆心为O。将电荷量分别为＋q和－q的两点电荷放在圆周上，其位置关于AB对称且距离等于圆的半径，如图1－4－3所示。要使圆心处的电场强度为零，可在圆周上再放一个适当的点电荷Q，则该点电荷Q 图1－4－3 A．应放在A点，Q＝2q　　　　　B．应放在B点，Q＝－2q C．应放在C点，Q＝－q　　　　　D．应放在D点，Q＝q 解析　先将＋q、－q在O点产生的电场强度叠加，因为＋q、－q与O点构成等边三角形，可求出合电场强度E0方向水平向右，大小E0＝E1＝E2，如图所示，欲使圆心O处的电场强度为零，所放置的点电荷Q在O点产生的电场强度方向必须水平向左，且大小也为E0。若在A点和B点放置点电荷Q，则它产生的电场强度只能沿竖直方向，达不到目的。若在C点放置点电荷Q，则必为负电荷且Q＝－q，选项C对。若在D点放置点电荷Q，则必为正电荷，且Q＝q，选项D对。 答案　CD 2．如图1－4－4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，∠MOP＝90°。电荷量相等、电性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点的电场强度的大小变为E2，E1与