第1章 第4节 电场中的导体-2021-2022学年高中物理选修3-1【名师导航】同步Word教参(鲁科版)

第4节　电场中的导体 [学习目标]　1.理解电场强度的叠加遵循平行四边形定则，掌握电场强度叠加的运算。(科学思维)2.知道静电的原因及静电屏蔽的概念。(物理观念)3.了解静电屏蔽现象及其在生活中的应用。(科学态度与责任) 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。这个结论叫作场强叠加原理。 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、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 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。 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，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．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)场强叠加原理仅适用于点电荷共同形成的电场。 (×) [提示]　场强叠加原理适用于所有电场。 (2)在场强叠加区域，电场线可以相交叉。 (×) [提示]　电场线是叠加场的电场线，空间不相交。 (3)在电场中导体处于静电平衡时，导体内任一点的场强为零。 (√) (4)处于静电平衡的导体，净电荷只能分布在导体的外表面上。 (√) (5)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。 (×) [提示]　导体内合场强为零。 2．如图所示，用起电机使金属鸟笼带电，站在金属架上的鸟安然无恙，且不带电，其原因是(　　) A．鸟的脚爪与金属架绝缘 B．鸟能承受的安全电压比较高 C．起电机使笼带电，笼的电势不会很高 D．鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面 D　[金属鸟笼起到静电屏蔽的作用，内部场强为零，电荷分布在笼的外表面。故D项正确。] 3．(多选)一个不带电的空心金属球，在它的球内放一个正电荷如图所示，其电场分布图正确的是(　　) A　　 　B 　 　C　 　D CD　[空心金属球内放一正电荷，由于静电感应使金属球外表带正电，球壳上达到静电平衡，内部场强为零，当金属球接地时，对外具有屏蔽作用，故选项C、D正确。] 对场强叠加原理的理解 1.场强叠加的适用条件：场强的叠加原理不仅适用于几个点电荷的电场叠加，也适用于匀强电场和非匀强电场的叠加，都遵从平行四边形定则。 2．某点场强的叠加：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。场强的叠加遵循平行四边形定则，如图甲所示。 3．均匀带电球周围的场强：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(或球壳)所带的电荷量，如图乙所示。 【例1】　如图所示，真空中，带电荷量分别为＋Q和－Q的点电荷A、B相距r，则： (1)点电荷A、B在中点O产生的场强分别为多大？方向如何？ (2)两点电荷连线的中点O的场强为多大？方向如何？ [解析]　(1)如图所示，A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同，均由A→B，A、B两点电荷在O点产生的电场强度大小 EA＝EB＝＝。 (2)O点的场强为EO＝EA＋EB＝， 方向由A→B。 [答案]　(1)均为，方向由A到B　(2)，方向由A→B 上例中在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′点的场强如何？ [解析]　如图所示，EA′＝EB′＝，由矢量图所形成的等边三角形可知，O′点的场强EO′＝EA′＝EB′＝，方向由A→B。 [答案]　，方向由A→B 计算合场强的三点注意 (1)明确有几个场源。 (2)分析各个场源在所考查的位置或空间激发电场的大小和方向。 (3)根据场强叠加原理，多个场源激发电场的合电场强度等于各个电场单独存在时，在该点产生的电场强度的矢量和。 [跟进训练] 1．直角坐标系xOy中，M、N两点位于x轴上，G、H两点坐标如图。M、N两点各固定一负点电荷，一电荷量为Q的正点电荷置于O点时，G点处的电场强度恰好为零。静电力常量用k表示。若将该正点电荷移到G点，则H点处场强的大小和方向分别为(　　) A.，沿y轴正向　 B.，沿y轴负向 C.，沿y轴正向 D.，沿y轴负向 B　[处于O点的正点电荷在G点处产生的场强大小E1＝k，方向沿y轴负向；又因为G点处场强为零，所以M、N处两负点电荷在G点共同产生的场强大小E2＝E1＝k，方向沿y轴正向；根据对称性，M、N处两负点电荷在H点共同产生的场强大小E3＝E2＝k，方向沿y轴负向；将该正点电荷移到G处，该正点电荷在H点产生