新人教版物理课件：5静电感应和静电平衡

+ + ⑷导体是一个等势体，导体表面是一个等势面。
+
例1.长为L的导体棒原来不带电，现将一带电 量为q的点电荷放在棒左端，距棒为R，如图所 示，当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在 棒内中点O处产生的场强大小和方向如何？
·
O
R L
E感 k
q L 2 (R ) 2
方向沿点电荷和棒内中点连线向左 解析：静电感应产生的感应电荷电量是面分布，且电量值未 知，所以不能直接由真空中点电荷的场强公式来求得它们在 球心O处的场强。因此采取变换研究对象的方法，将感应电 荷换成施感电荷，问题就迎刃而解了。 注意题目的三种问法：是问施感电荷产生的场强还是感 应电荷产生的场强还是合场强。
P
＋
程序法判别感应电荷．
A
a
B
b
例2.如图所示，一个原来不带电 的中空金属球壳，上开一个小孔， 若将一个带负电的小球放入且不 与球壳接触，则球壳外表面带 负 ______电，内表面带______电； 正 若用手接触一下球壳后球壳内表 面带__正 _电，外表面______； ___ 不带电
静电感应现象的本质是电子在电场力的作用下定向移动,造成 导体内的自由电子在导体内重新分布,产生感应电荷. 静电感应现象的规律是在导体的近端出现与带电体异种电荷 ,在远端出现等量的同种电荷.要分清近端与远端,首先分清 研究对象是哪一部分导体,研究对象相对于带电体而言最近 的一端是近端,最远的一端是远端.
例1．如图所示，A、B是两个绝缘金属导体，把一 个带正电的绝缘金属球P移近A，由于静电感应，a 端电荷量大小为qa，b端电荷量大小为qb，则： （ B D ） A.导体A、B上，qa＞qb B.导体A、B上，qa＝qb C.先撤走P，再将A、B分开后，A带负电，B带正电 D.先将A、B分开，再撤走P后，A带负电，B带正电
例2. A、B两点间相距0.30m，在A点放一个带电量 8 为 q A 1.0 10 C的正电荷，在B点放一个带电量 为 q B 1.0 108 C 的负电荷.在两个点电荷连线 上方放一个半径为0.15m的金属球，球心O到A点和 B点的距离都是0.30m，则金属球上感应电荷在球 1.0×103N/C 心处产生的场强大小为_______________。请你在 图上画出场强方向示意图。
例4. 在水平地面上放置的光滑金属板的上表面绝缘,在 其中心正上方有一带正电Q的金属小球（可视为质点， 且不影响原电场）自左以初速度v0向右运动，则在运动 过程中（ B D ） +Q A.小球做先减速后加速运动 B.小球做匀速直线运动 v0 C.小球受到电场力的冲量为零 D.小球受到电场力做的功为零
⑵导体表面任一点的场强与该处表面垂直
施感电荷和感应电荷产生的电场在导体表 面处的合场强与表面处处垂直.对于球面 上某点的场强方向沿该处半径方向.
⑶净电荷只能分布在外表面上
净电荷是指导体内正、负电荷中和后所剩下的多余电荷.这 里说的净电荷可以是静电感应所产生的感应电荷,也可以是 一个孤立的带电体所带的电荷;这里的表面为外表面,但是内 + 外是相对的. + _ + + _ + + _ _ _ + + _ + _ _ _ _ + _ + + + + + _
专题二
1.静电平衡状态
静电平衡状态的特点
导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态，叫做 静电平衡状态．
2.静电平衡状态的特点
⑴导体内部的场强处处为零
内部:金属导体内部是指金属材料所占的空间(除表面外); 拓展:对于空腔导体,如果空腔内没有带电体的话, 空腔内合 场强处处为零.空腔也可以认为导体“内部”. 导体内部的场强处处为零,是指在导体内部的任意一点外加电 场和感应电场的场强都是大小相等,方向相反,合场强为零.
＋Q
A
解析：导体内部的场强处处 为零,是指在导体内部的任 意一点外加电场和感应电场 的场强都是大小相等,方向 相反,合场强为零.即感应电 荷的电场线与点电荷Q的电 场线重合，处处疏密程度相 同, 电场线处处反向．
·
c · · · · b
首先认真审题.题目求的是在金 属盘内部感应电荷产生的附加 电场的电场线.我们是借助孤立 点电荷+Q在金属盘内部形成电 场的电场线来画的.注意区分实 线和虚线．
解析：两个带电金属球B和A带异种电荷,发生接触起电现象,首 先中和掉B球所带的负电荷,然后剩余净电荷+2×10-8C为A、B两 个小球所共有再重新分配.把A、B看成一个导体,其净电荷应该 分布在整个导体的外表面上即A的外表面上,这样B球就不带电了 . 接触起电现象的规律是”先中和,后重新分配”只有两个完全相 同的金属球接触起电才平分电量. “内”“外”是相对于研究的导体而言的.
－
A
B
A端带正电,B端带负电,不要想 当然地认为A端的电势比B端的 电势高.
例7．为一空腔球形导体(不带电 )，现将一个带正电的小金属球 放入腔中，当静电平衡时，图中 A、B、C三点的场强E和电势φ的 关系是：（ D) A.E A EB EC A B C
Q
B
A
c
B.E A EB EC A B C C.E A EB EC A B C D.E A EC EB A B C
解析：导体内部的场强处处为零,是指 在导体内部的任意一点外加电场和感 应电场的场强都是大小相等,方向相反 ,合场强为零. 变换研究对象，等效替换。类似于根据牛 顿第三定律转化研究对象进行受力分析
O
·
A
·
· B
例3. 在孤立点电荷＋Q的电场中，金属圆盘A处于 静电平衡状态。若金属圆盘平面与点电荷在同一 平面内，在圆盘A内a、b、c三点标出由盘上感应 电荷形成的附加电场的三条电场线(用实线表示， 要求严格作图)。 a
第十一章
第五课时 静电感 应和静电平衡
电场
专题一
静电感应现象
1.条件：将导体靠近带电体（把导体放入电场中）
2.本质：电子在电场力的作用下定向移动,造成导 体内的自由电子在导体内重新分布,产生感应电荷.
3.规律：导体的近端出现与带电体异种电荷,在 远端出现等量的同种电荷
4.应用：在判断由于静电感应而产生的感应电荷 问题时，首先要确定产生电场的带电体的电性， 其次确定感应导体的远端和近端(离带电体最远的 一端和最近的一端)，最后根据“近端感应出与带 电体电性相反的电荷，远端感应出与带电体电性 相同的电荷”确定各端感应电荷的电性．
从结果上考虑.不管C是否接地,是否带 电,都会产生内屏蔽;只有C接地,才会产 生外屏蔽. A球通过静电感应使C的内外 壳分别带等量负电和正电，等效于C球 外表面的正电荷对B球吸引，所以B球往 右偏离竖直方向。 B － B球上的负电荷和它在空心球C上的感应 ＋A C 电荷在空心球内部产生的合场强处处为 零,而B球上的负电荷和它在空心球C上 的感应电荷在空心球壳C内部产生的电 场对其中的带电体的电场力F=qE=0. A球通过静电感应使C球的内、外表面分别带上与A球等量负电荷和正 电荷.C球内表面的负电荷的中心与A球重合,两者电量相等,代数和为零. 在外部看相当与相互抵消.只有C球外部的正电荷参与了对B球的作用.如 果C球接地,则对B球便没有作用了,这就形成了外屏蔽.
解析：画出静电平衡时空间的电 场线分布,各点的场强大小和电势 高低一目了然.(等效和叠加思想)
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·
专题三
2.内屏蔽和外屏蔽：
静电屏蔽及其应用
1.定义：导体壳或金属网罩（无论接地与否）可以把外部电场 遮住，使其内部不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽． ⑴内屏蔽：金属壳内部空间不受外部电场的影响 处于静电平衡状态的导体，外加电场和金属网罩上的感应电荷 产生的附加电场在导体内部互互叠加使内部场强处处为零，所 以能使导体壳内或金属网罩内的区域不受外部电场的影响． ⑵外屏蔽： 接地的封 闭的金属 壳对外部 空间没有 影响
例1.在图所示的实验中，验电器的金属箔会张 开的是：（ ）
B
金属网
Q
Q
Q
A
绝缘底座
B
C
地面
注意观察：B图和C图不同。金属网罩一个接地，一个不接地。 A图属于内屏蔽，C图属于外屏蔽。
例2．将悬在细线上的带正电的小球A放在不带电 的的金属空心球C内(不和球壁接触)，另有一个 悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，则A球 向右偏离竖直方向 不变 的位置_______，B球的位置______________。
由于金属板处于点电荷Ｑ形成的 电场中瞬间达到静电平衡后， 在水平放置金属板的上表面上电场线是垂直表面竖直向下，所 以小球运动时只在竖直方向上受力的作用，在水平方向上不受 力的作用，故小球做匀速直线运动．根据冲量的概念和力做功 的条件，小球受到的电场力冲量不为零而做功为零． “船到桥头自然直”
例5.一个带绝缘座的空心金属球A带有4×10-8C 的正电荷,有绝缘柄的金属小球B带有2×10-8C 的负电荷,使B球和A球的内壁接触,如图所示,则 A、B各带电荷量为（ B ） A.QA=10-8C, QB=10-8C A B.QA=2×10-8C, QB=0 B -8C C.QA=0, QB=2×10 D.QA=4×10-8C, QB=-2×10-8C
例6．Q为带负电的绝缘小球，AB为一不带电的 中性导体且放在Q附近，达到静电平衡状态时， 下面判断正确的是：（ C ） A.A端的电势高于B端的电势 B.以无限远为零电势点，导体AB的电势高于零 C.A、B两端电势相等 D.导体内的场强方向是由A指向B Q
解析：AB导体放在Q附近,发生静电 感应现象,A端出现正感应电荷,B端 出现等量负感应电荷,瞬间达到静电 平衡状态,导体内部场强处处为零, 导体是一个等势体.电场线从无穷远 出发,经AB导体到Q中止,沿电场线方 向,电势不断降低.所以AB导体的电 势小于零.