鲁科版教案电场中的导体
电场中的导体-鲁科版选修3-1教案
电场中的导体-鲁科版选修3-1教案一、教学目标1.理解电场的概念和性质；2.理解导体在电场中的基本性质和应用；3.掌握电势和电场的计算方法；4.能够应用电场的基本原理解决实际问题。
二、教学内容1.电场的概念和性质（1）电荷和电场的相互作用（2）电场强度的定义和计算方法（3）电场线和电势的概念2.导体在电场中的性质和应用（1）导体的电荷分布（2）导体的电势分布（3）静电屏蔽和电容器的工作原理3.电势和电场的计算方法（1）点电荷电势和点电荷电场的计算方法（2）连续电荷分布的电势和电场的计算方法（3）多种电荷分布的电势和电场的计算方法4.应用电场的基本原理解决实际问题（1）电荷在电场中的运动（2）电场中的工作三、教学重点和难点重点1.电场的概念和性质2.导体在电场中的性质和应用3.电势和电场的计算方法难点1.连续电荷分布的电势和电场的计算方法2.多种电荷分布的电势和电场的计算方法四、教学方法1.课堂讲解，重在解释电场基本概念的含义。
2.课堂探究，引导学生通过实验发现导体在电场中的性质和规律。
3.课堂练习，增加学生巩固所学知识的机会。
五、教学流程第一步：引入引出电场的性质，注重引导学生思考电场的物理含义。
第二步：电场的概念和性质讲解电荷和电场的相互作用，电场强度的定义和计算方法，电势和电场线的概念。
注意：介绍电场的时候，应用生活中的例子进行说明。
第三步：导体在电场中的性质和应用讲解导体的电荷分布，导体的电势分布，静电屏蔽和电容器的工作原理。
注意：与学生进行交流，引导他们理解导体在电场中的基本性质和规律。
第四步：电势和电场的计算方法讲解点电荷电势和点电荷电场的计算方法，连续电荷分布的电势和电场的计算方法，多种电荷分布的电势和电场的计算方法。
注意：引导学生掌握电势和电场的计算方法。
第五步：应用电场的基本原理解决实际问题讲解电荷在电场中的运动和电场中的工作。
注意：引导学生掌握如何应用电场的基本原理解决实际问题。
高中物理 第1章 静电场 第4节 电场中的导体学案 鲁科版选修
高中物理第1章静电场第4节电场中的导体学案鲁科版选修1、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，叫场的叠加。
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。
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。
1、对场强叠加的理解(1)场强的叠加是一种解决问题的方法，相当于等效替代，该点的实际场强等于各带电体单独存在时产生的场强的矢量和。
(2)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。
(3)电场的可叠加性是电场与普通物质的重要区别。
2、点电荷的电场和电场强度的叠加(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。
场强的叠加遵循平行四边形定则，如图1－4－1甲所示。
图1－4－1(2)比较大的带电体的电场，可把带电体分成若干小块，每一小块看成一个点电荷，用点电荷电场叠加的方法计算。
(3)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1－4－1乙所示。
1、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1－4－2所示，则电场强度为零的地方在()图1－4－2A、A和B之间B、A右侧C、B左侧D、A的右侧及B的左侧解析：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QA＞QB，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。
高二物理鲁科版选修3-1 1.4 电场中的导体 教案
4 电场中的导体一、教材分析1、本课题设计的另一思路旨在让学生认真讨论，积极参与，体验探索自然规律的艰辛和喜悦，培养学生学习物理的兴趣，这也是新课改的重要内容。
2、本节教学设计的过程为：首先学生活动：对不带电的金属导体放入电场中发生静电现象的讨论；然后学生归纳，教师总结得出静电平衡状态下导体的特点，最后通过两道例题巩固加深理解。
二、教学目标：1、掌握归纳、演绎推理的方法，训练学生的推理能力，亲身感受知识的建立过程。
2、理解场强的叠加原理。
3、通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特征。
三、重点和难点：重点：掌握场强的叠加原理，理解导体处于静电平衡状态的特征是本节的重点难点：应用静电平衡的知识，理解静电平衡的特征，认识导体的电荷分布特点是本节的难点。
四、学情分析《电场中的导体》是本章的难点内容，概念规律非常抽象。
学生只有在老师的指导下参与探究全过程，才能深刻理解电平衡状态下导体的特点、规律，克服思维定势的负移和主观臆断的不良倾向，培养学生认真严谨的科学探究品质。
五教学方法：教师的引导，学生的讨论、评议；再加动画演示和实验演示加深体会。
六、课前准备1．学生的学习准备：预习初步把握静电感应现象和静电平衡状态下导体场强的特点2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。
七、课时安排：1课时八、教学过程(一)预习检查、总结疑惑检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。
提问：1．电场的重要性质是什么？2．金属导体的微观结构如何？自由电子会怎样移动？（二）情景导入、展示目标。
把金属导体放入电场中，导体上会出现怎样的现象？（三）合作探究、精讲点拨：一、场强的叠加提出问题：如果空间中有几个点电荷同时存在，此时各点的场强是怎样的呢？带领学生由检验电荷所受电场力具有的叠加性，分析出电场的叠加原理．（1）电场强度的叠加原理：某点的场强等于该点周围各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和．先分析方法（P21-22）后举例：先在同一直线再不在同一直线。
2018-2019学年 鲁科版选修3-1 1.4电场中的导体 课件(28张)
读一读·思一思
辨一辨·议一议
(4)避雷针的顶端做的很尖细属于静电屏蔽现象。 ( ) 解析:避雷针是应用尖端放电的原理。 答案:× (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。 ( ) 解析:不会张开,金属网可以屏蔽外电场。 答案:×
读一读·思一思
辨一辨·议一议
2.探究讨论。 (1)电场强度的合成与力的合成有何相同之处? 答案:力和电场强度都是矢量,求和时均遵循平行四边形定则。 (2)处于静电平衡状态下的导体,内部的电场处处为0,是不是外部 的电场也为0? 答案:不是,外部有原来的电场。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
(3)如图所示,绝缘开口金属球壳A已带电,现把验电器甲的小金属 球与A球壳的内壁用导线相连,另外把一绝缘的金属小球B与球壳A 的内壁相接触后再与验电器乙的金属小球相接触,验电器乙距球壳 A足够远,那么验电器甲和乙的金属箔片是否张开?
答案:处于静电平衡的金属球壳,由于电荷间的相互排斥的作用 力,电荷间的距离尽量变大,所以电荷分布在金属球壳的外表面上, 在金属球壳的内表面没有净电荷的分布。验电器甲与A球壳相连 时,与金属球壳构成一个导体,相当于金属球壳的远端,则带有电荷, 从而使金属箔片张开;同理,得出验电器乙不会带电,故金属箔片不 张开。
探究一
探究二
探究三
当堂检测
问题导引
名师精讲
典例剖析
解析: (1)如图甲所示,A、B 两点电荷在 O 点产生的电场强度方 向相同,方向由 A 指向 B。A、B 两点电荷在 O 点产生的电场强度 EA=EB=
������������
������ 2 2
=
4������������ ������2 8������������ ,方向由 ������2
鲁科版高中物理选修3-1：1.4 电场中的导体
E
－ －E合=0 － － － －
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
E
2、静电平衡状态: 导体表面和内部电荷停止定向移动的状态。
3、处于静电平衡状态导体的特点： （1）导体内部的场强处处为零 （2）净电荷只能分布在外表面上
静电屏蔽
思考:空心导体壳内的验电器箔片会张开吗? 不会 因为导体壳内部合场强为零.
+
--
1.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 正 电，内表面带______ 负 电； 外表面带______ 若用手接触一下球壳后球壳内表面带 正电，外表面______ 不带电 ______ ；
2. 在孤立点电荷＋Q的电场中，金属圆盘A处于静电平衡状
一、静电感应现象
1、静电感应现象:导体中的自由电荷由于受 到外电场的作用而重新分布的现象叫静电感应 现象.
++
++
__
A
B_ _
+++++
C
+++++
二、静电平衡 发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场E` 和原电场E在导体内叠加为零，即E`=E时，自由电子停止 定向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。 － － － － － － ＋ ＋ E` ＋ ＋ ＋ ＋
态。若金属圆盘平面与点电荷在同一平面内，在圆盘A内 a A ＋Q 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
·
c · · · · b
线(用实表示，要求严格作图)。
3.一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 ）
电场中的导体教案
2、问题 2：当我们把导体放入电场中，导体上的自由 电荷处于电场中将受电场力作用，这时的导体与无电场 时的导体相比有什么不同特征？引导学生分析．
教师总结：若是金属导体，自由电子在电场力作 用下将发生定向移动使两端出现不同的电荷分布，从而 引起导体的某些新的性质． 二、新课内容：
1、演示实验视频（内容参考视频资料），最好教师 演示实验．需要注意的问题可以参考教学建议．
1、问题 1：导体的重要特征是什么，为什么它可以 导电？
（对于这个问题，教师可以让学生进行思考） 教师讲解：我们知道电场的重要性质就是对放入其 中的电荷有力的作用，这节课我们要学习的就是电场对 放入其中的导体的作用．（展示如下图片）
教师继续展示图片，同时讲解导体之所以能够导
电是因为导体内部有大量自由电荷（关于该点可以让学生 简单回答）
另外可以借助媒体再现使学生对实验过程、现象更好的 掌握．
3、关于演示实验的建议： 实验前做好实验的准备，如：应用法拉第圆筒演示静 电平衡导体，其内部应确定无净余电荷． 在为学生讲解时注意强调实验的目的，不要让学生死 记硬背实验的结论，可以通过习题加深对结论的理解．
教学设计示例 一、教学用具
金属网罩（一个），验电器（两个），法拉第圆筒， 验电球，起电机．枕形导体（可以分开）、带有绝缘支架 的金属球一个，放映机，投影仪，幻灯片． 二、教学过程 主要教学过程 （一）复习提问，引入新课
2017-2018学年高中物理鲁科版选修3-1教学案：第1章 第4节 电场中的导体 Word版含答案正式版
第4节电场中的导体1.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、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。
【创新设计】2013-2014学年高中物理鲁科版选修3-1第1章1-4电场中的导体
自主学习
名师解疑
分类例析
课堂对点演练
活页规范训练
专题突破
【典例1】 如图1－4－5所示，在水平面上相距为2d的A和 B两点上固定着等量异种的两个点电荷，电荷量分别为＋Q和－ Q.在AB连线的中垂线上取一点P，垂足为O，∠PAO＝α，则P 点的场强的大小和方向为( )．
图1－4－5
自主学习
名师解疑
分类例析
答案
负
1∶8
自主学习
名师解疑
分类例析
课堂对点演练
活页规范训练
专题突破
静电平衡问题
2.有一接地的导体球壳，如图1－4－11所示，球心O处放
一点电荷q，达到静电平衡时，则( )．
A．q的电量变化时，壳外电场随之改变 B．q在壳外产生的电场强度为零
C．球壳内外表面的电荷在壳外的场强为零
D．q与壳内表面的电荷在壳外的合场强为零
名师解疑
分类例析
课堂对点演练
活页规范训练
专题突破
一、场强叠加原理 1．内容：如果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．方法：场强的叠加遵循
平行四边形
定则．
3．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．
自主学习
图1－4－10
自主学习 名师解疑 分类例析 课堂对点演练 活页规范训练 专题突破
解析
放在A点和B点的点电荷在C处产生的电场强度方向分
别在AC和BC的连线上，因C点电场强度方向与BA方向平行，故 放在A点的点电荷和放在B点的点电荷产生的电场强度方向只能 如图所示：由C→A和由B→C，故qA带负电，qB带正电，且EB＝ qB qA 2EA，即k 2＝2k 2 ，又由几何关系知 BC ＝2 AC ，所以qA∶ BC AC qB＝1∶8.
高二物理鲁科版选修电场中的导体
第1章 静电场
名师点评 (1)研究电荷的运动状态，必须把握住电荷的受力情况． (2)空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电 场，对于电场中的导体一定要明确内部场强处处为零，导体 表面处电场线与导体垂直的特点．
栏目 导引
第1章 静电场
2．(2014·吉林龙井高二检测)如图，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( D ) A．鸟的脚爪与金属架绝缘 B．鸟笼内场强不够大，不至于电死 C．因为鸟笼是空的，起电机无法使 鸟笼带电 D．鸟笼内部场强为零，电荷分布在 鸟笼的外表面 解析：由于静电平衡，金属鸟笼对内部起到屏蔽作用，电荷 只分布在外表面，使鸟笼内部场强为零，故选项D正确．
第1章 静电场
第4节 电场中的导体
第1章 静电场
学习目标 1.知道电场强度的叠加遵循平行四边形定则，并能用其进行 场强叠加运算． 2．知道静电感应产生的原因及静电平衡的概念． 3．知道静电屏蔽现象及其在生活中的应用．
第1章 静电场
一、场的叠加原理 1．内容：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．方法：场强的叠加遵循__平__行__四__边__形___定则． 3．普遍性：不仅___点__电__荷_____电场的场强可以叠加，其他 ____任__何__电__场___的场强都可以进行叠加．
栏目 导引
第1章 静电场
栏目 导引
第1章 静电场
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)原理：场的矢量叠加原理． (3)特点：①导体内部场强_处__处__为__零______． ②导体表面任意一点的场强方向与该处的表面__垂__直___． ③电荷只分布在导体的___外__表__面__上___．
新课标鲁科版3-1 选修三1.4《电场中的导体》 WORD教案4
第一章第4节 电场中的导体［课时安排］1课时［教学目标］：1. 知识与技能（1） 了解静电平衡状态，能应用场强叠加的原理解释静电平衡状态。
（2） 了解静电屏蔽现象及其应用（3） 通过观察演示实验及对实验现象的分析，引导学生运用所学知识进行分 析推理，培养学生分析推理能力2. 过程与方法：进一步理解比值定义法3. 情感态度价值观：培养学以致用的观念［教学重点］：静电场中静电平衡状态下导体的特性，即其电荷分布、电场分布、电势等，［教学难点］：运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因 ［教学器材］：静电屏蔽演示——金属网罩（一个），带绝缘支架金属球，验电器。
［教学方法］：实验探究，讨论，讲授［教学过程］复习导入：回顾以下问题：（1） 电场强弱如何描述？（2） 回顾电场强度的相关知识点新课教学1、场强的叠加对于多个电荷产生的电场，如何确定空间某点的电场强度？两个电荷+Q 和－Q 同时存在时，实验表明它们产生的电场互相独立、互不影响，P 点的场强是E 1和E 2叠加的结果，遵从平行四边形法则。
例一（课本P21）：两个相距很近的先是异种电荷组成的系统叫做电偶极子。
如图所示，P 为电偶极子延长线上距中点O 为r 的点，求P 点处的电场强度 解：详见P21-222、回顾静电感应：导体在电场中时，导体上的自由电荷受电场力作用发生定向移动使两端出现不同的电荷分布（如右图1）。
实验1（如图2）： 利用起电机使绝缘金属球带电，从而产生电场，把感应电机靠近A 摆放，且接触良好。
将不带电验电球A 先与B 接触，再与验电器金属球D 接触，如此反复，可见D 金属箔张开。
同样，可让A 与C 接触，再与E 接触，反复几次，可见E 金属箔也张开。
由此可知B 、C 两端带电。
此时，若将A 上电荷放掉，让A 与C 接触后与D 接触，反复几次，可见D 金属箔张角变小，可见B 、C 两端电荷异号。
图1可用A 与B 、C 中部接触的，再与验电器接触，验电器金属箱不张开，电荷分布在两端。
新鲁科版物理选修3-1同步讲义：电场中的导体
第4节电场中的导体1.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、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。
高中物理-高二电场中的导体教案
高中物理-高二电场中的导体教案一、教学目标1. 了解导体的特性和电场中的电势概念。
2. 能够掌握电场中导体上的电荷分布和电势分布规律。
3. 能够应用高斯定律和电势公式计算导体内电场的强度和电势差。
二、教学重点1. 导体中电势分布和电荷分布的规律。
2. 利用高斯定理和电势公式计算导体内电场。
三、教学难点1. 掌握导体中电势分布和电荷分布的规律。
2. 理解高斯定理和电势公式的物理意义，并能熟练运用。
四、教学过程1. 导入环节首先，教师可以通过课件或实验引导学生观察导体的特性，并带领学生回顾电势和电场的基本概念。
2. 理论学习通过讲解理论知识和实例分析，使学生掌握导体中电场的基本特性。
2.1 导体的特性* 导体内没有电场强度* 导体的内部电势处处相等* 导体表面沿法线方向的电场强度大小与导体表面处的电荷面密度成正比2.2 电势概念电势能是电荷在电场中的状态的一种表达方式，是表示单位正电荷在某个位置的静电势能大小。
2.3 导体中电荷的分布规律导体中电荷在其表面上分布，在导体内不会存在自由电荷。
2.4 环形导体及球形导体中电荷的分布规律在环形导体上平均分布的电荷面密度为λ，在球形导体上平均分布的电荷面密度为σ。
2.5 高斯定理和电势公式的应用高斯定理和电势公式是计算导体内电场的基本公式。
通过分析实例和应用公式，帮助学生理解导体中电场的计算方法。
3. 练习与检测教师可以在课堂上通过设计练习题或小组讨论，来检测学生对导体中电场的理解和掌握程度。
四、教学方式1. 通过讲解理论知识帮助学生掌握导体中电场的基本特性。
2. 通过分析实例和练习题，帮助学生理解导体中电场的计算方法。
五、板书设计本节课的板书设计如下：导体中电荷分布规律：电荷在导体表面上平均分布。
环形导体平均分布的电荷面密度为λ球形导体平均分布的电荷面密度为σ高斯定理：ΦE = q / ε0电势公式：V = kq / r六、教学反思本节课通过课件、实验和理论知识结合，生动形象地向学生阐述了导体中电场的基本特性和计算方法。
2017年高中物理第1章静电场第4讲电场中的导体学案鲁科版选修3_12017100234
第4讲电场中的导体[目标定位] 1.知道电场强度的概念和定义式以及叠加原理，并会进行有关的计算.2.知道静电感应产生的原因及静电平衡的概念.3.了解静电屏蔽，知道静电屏蔽的实际应用.一、场强叠加原理如果有几个点电荷同时存在，根据场强的定义和库仑力的叠加性，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.想一想电场强度的合成与力的合成有何相同之处？答案力和电场强度都是矢量，求和时均遵循平行四边形定则.二、静电平衡与静电屏蔽1.静电平衡：导体中(包括表面上)没有电荷移动的状态叫做静电平衡.特点：(1)导体内部场强处处为零.(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.2.静电屏蔽：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.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丝网套，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.想一想导体达到静电平衡后，导体内的电荷还在运动吗？答案达到静电平衡后，自由电子没有定向移动而不是说导体内部的电荷不动，内部的电子仍在做无规则的运动.一、电场强度的叠加1.电场强度是矢量，它遵循矢量的特点和运算法则.2.某空间中有多个电荷时，该空间某点的电场强度等于所有电荷在该点产生的电场强度的矢量和.3.可以根据对称性原理，灵活利用假设法、分割法等特殊方法进行研究.例1如图1所示，真空中带电荷量分别为＋Q和－Q的点电荷A、B相距为r，则：1图1(1)两点电荷连线的中点O的场强多大？(2)在两点电荷连线的中垂线上，距A、B两点都为r的O′点的场强如何？解析本题考查了点电荷的电场及电场强度的叠加问题.求解方法是分别求出＋Q和－Q在某点的场强大小和方向，然后根据电场强度的叠加原理求出合场强.(1)如图甲所示，A、B两点电荷在O点产生的场强方向相同，由A指向B.A、B两点电荷在O点产生的电场强度kQ4kQE A＝E B＝＝.r r2(2 )28kQ故O点的合场强为E O＝2E A＝，方向由A指向B.r2kQ(2)如图乙所示，E A′＝E B′＝，由矢量图所形成的等边三角形可知，O′点的合场强E O′＝r2kQE A′＝E B′＝，方向与A、B的中垂线垂直，即E O′与E O同向.r28kQ答案(1) ，方向由A指向Br2kQ(2) ，方向与AB连线平行，由A指向Br2借题发挥电场强度是矢量，合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则或三角形定则)，常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等；对于同一直线上电场强度的合成，可先规定正方向，进而把矢量运算转化成代数运算.针对训练如图2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 ＝60°.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2A.1∶2B.2∶1C.2∶3D.4∶3答案 B2E1解析依题意，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2E1 E1 2强如图所示，合场强大小为E2＝，则＝，B正确.2 E2 1二、静电平衡的理解及应用1.静电平衡的实质静电平衡的实质是外电场和感应电荷的电场的叠加.静电平衡时附加电场E′与外电场E0方向相反、大小相等，导体内各位置的合场强为零，自由电荷所受合力为零.2.对静电平衡的理解(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡状态时，内部场强处处为零，自由电荷不再发生定向移动.(2)金属导体达到静电平衡状态的时间是非常短暂的.例2长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为＋q的点电荷放在距棒左端R处，如图3所示.当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于________，方向为________.图3kq 答案向左lR＋ 22解析导体棒在点电荷＋q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任何一点都有两个电场，即外电场：＋q在该点形成的电场E0；附加电场：棒上感应电荷在该点形成的电场E′，达到静电平衡时E′＝E0.kq 题中所求的即为E′，于是我们通过上述等式转化为求E0.于是E′＝E0＝.l(R＋2 )2E′和E0方向相反，方向向左.借题发挥(1)当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状发生变化时：感应电荷的分布会迅速变化，很快达到新的平衡.(2)静电平衡时，感应电荷产生的电场与外电场在导体内部的合场强为零.针对训练如图4所示，点电荷A和B带电荷量分别为3.0×10－8C和－2.4×10－8C，彼此相距6cm.若在两点电荷连线中点O处放一个半径为1cm的金属球壳，求球壳感应电荷在该中点3处产生的电场强度.图4答案 5.4×105N/C方向由O指向Aq1解析＋q1在O点的场强大小为E1＝k ＝3×105N/C，方向由O指向B；－q2在O点的场d(2 )2q2强大小为E2＝k ＝2.4×105N/C，方向由O指向B；设感应电荷在O点的场强为E3，由静d(2 )2电平衡条件知E3＝E1＋E2＝5.4×105 N/C，方向由O指向A.三、静电屏蔽的理解及应用静电屏蔽的两种情况屏蔽外电场屏蔽内电场图示因场源电荷产生的电场与导体球壳表面当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因实现上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到接地将传给地球，外部电场消失，起到屏过程静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用蔽内电场的作用最终导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响结论本质静电感应与静电平衡例3如图5所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡状态后，则()图5A.B的空腔内电场强度为零4B.B不带电C.B的外表面带正电D.B的内表面带负电解析因为金属壳的外表面接地，所以外表面无感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，则B的内表面带负电，D对，B、C错；B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，由电场叠加知，电场线的方向由A指向B，所以空腔内电场强度不为零，A错.答案 D电场强度的叠加1.N(N>1)个电荷量均为q(q>0)的带电小球，均匀分布在半径为R的圆周上，示意图如图6所示，若移去位于圆周上P点的一个小球，则圆心O点处的电场强度大小为________，方向________. (已知静电力常量为k)图6kq答案沿OP指向P点R2解析根据对称性可知，均匀分布在半径为R的圆周上带电小球在圆心O处的合场强E＝0，那么移去位于圆周上P点的一个小球后，圆心O处的场强与P电荷在圆心O处产生的场强大小kq 相等、方向相反，即大小为，方向沿OP指向P点.R2静电平衡和静电屏蔽2.图7中接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电荷量为Q，到球心的距离为r.该点电荷的电场在球心处产生的感应电场的场强大小等于()图7Q Q Q QA.k－kB.k＋kr2 R2 r2 R25QC.0D.kr2答案 DQ解析Q在球心处产生的场强大小E＝k，球心处合场强为零，故感应电场的场强E′＝E＝r2Qk，D正确.r23.如图8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()图8A.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答案 D解析金属笼起到静电屏蔽的作用，此时电荷只分布在外表面，金属内和空腔内都无电场，故D正确，A、B、C错误.题组一电场的叠加原理1.如图1所示，AC、BD为圆的两条互相垂直的直径，圆心为O，将带有等量电荷q的正、负点电荷放在圆周上，它们的位置关于AC对称.要使圆心O处的电场强度为零，可在圆周上再放置一个适当电荷量的正点电荷＋Q，则该点电荷＋Q应放在()图1A.A点B.B点C.C点D.D点答案 D解析由电场的叠加原理和对称性可知，＋q、－q在O点的合场强方向应沿OD方向，要使O 点的合场强为零，放上的电荷＋Q在O点的场强方向应与＋q、－q在O点的合场强方向相反，所以D正确.62.如图2所示，有一水平方向的匀强电场，场强大小为900N/C，在电场内一水平面上作半径为10 cm的圆，圆上取A、B两点，AO沿E方向，BO⊥OA，另在圆心处放一电量为10－9 C的正点电荷，则A处场强大小E A＝________ N/C，B处的场强大小E B＝________N/C.图2答案0 1.27×103Q解析由E＝k，点电荷在A处产生的场强E A＝900N/C，方向向左，所以A处合场强为零.点r2电荷在B处产生的场强E B′＝900 N/C，方向向下，所以B处合场强为1.27×103N/C.3.如图3所示，A、B、C三点为一直角三角形的三个顶点，∠B＝30°，现在A、B两点放置两点电荷q A、q B，测得C点电场强度的方向与AB平行，则q A带__________电，q A∶q B＝__________.图3答案负1∶8解析如图所示，放在A点和B点的点电荷在C处产生的电场强度方向分别在AC和BC的连线上，因C点电场强度方向与BA方向平行，故放在A点的点电荷和放在B点的点电荷产生的电q B 场强度方向只能如图所示：由C→A和由B→C，故q A带负电，q B带正电，且E B＝2E A，即k＝BC2 q A2k，又由几何关系知BC＝2AC，所以q A∶q B＝1∶8.AC24.在场强为E的匀强电场中，取O点为圆心，r为半径作一圆周，在O点固定一电荷量为＋Q的点电荷，a、b、c、d为相互垂直的过圆心的两条直线和圆周的交点.当把一检验电荷＋q放在d点恰好平衡时(如图4所示).7图4(1)匀强电场场强E的大小、方向如何；(2)检验电荷＋q放在点c时，受力F c的大小、方向如何；(3)检验电荷＋q放在点b时，受力F b的大小、方向如何.Q Qq Qq答案(1)k ，方向沿db方向(2) 2k ，方向与ac方向成45°角斜向下(3)2k ，方向r2 r2 r2沿db方向Qq 解析(1)由题意可知：F1＝k ，F2＝qEr2QqQ 由于F1＝F2，所以qE＝k ，E＝kr2 r2匀强电场方向沿db方向.(2)检验电荷放在c点：QE c＝E21＋E2＝2E＝2kr2Qq所以F c＝qE c＝2kr2方向与ac方向成45°角斜向下(如图所示).Q(3)检验电荷放在b点：E b＝E2＋E＝2E＝2kr2Qq所以F b＝qE b＝2k ，方向沿db方向.r2题组二静电平衡的理解5.一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，其电场分布正确的是()8答案CD解析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.6.在点电荷－Q的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中A点所激发的附加场强E′的方向在下图中正确的是()答案 A解析感应电荷在盘中A点激发的附加场强E′应与－Q在A点产生的场强等大、反向，故A 正确.7.如图5所示，在真空中把一绝缘导体向带负电的小球P缓缓靠近(不相碰)，下列说法中正确的是()图5A.B端的感应电荷越来越多B.导体内场强越来越大C.导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强D.导体的感应电荷在M、N两点产生的场强相等答案AC解析根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，故N端带负电荷越多，M端带的正电荷也越多，故A正确；导体处于静电平衡状态，内部场强处处为零，故B错误；感应电荷的场强和带电小球的场强等大、反向、共线，由于带电小球在M点产生的场强大，故感应电荷在M点产生的场强也大，故C正确，D错误；故选A、C.98.一金属球，原来不带电.现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图6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E a、E b、E c，三者相比()图6A.E a最大B.E b最大C.E c最大D.E a＝E b＝E c答案 C解析处于静电平衡的导体内部场强处处为零，故a、b、c三点的场强都为零.静电平衡的导体内部场强为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果，所以感应电荷在球内某点产生的电场的场强与MN在这一点形成的电场的场强等大反向，比较a、b、c三点感应电场的场强，实质上是比较带电体MN在这三点的场强，由于c点离MN最近，故MN在c点的场强最大，感应电荷在c点的场强也最大，故C选项正确.题组三静电屏蔽及其应用9.电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，下列说法正确的是()A.铜丝编织的衣服不易拉破B.电工被铜丝衣服所包裹，使体内电势为零C.电工被铜丝衣服所包裹，使体内电场强度为零D.铜线电阻小，能对人体起到保护作用答案 C解析高压线路的检修人员在进行高压作业时，要穿上用金属丝网制成的高压作业服，相当于把人体用金属网罩起来.这样，外部电场就不会影响到人体，从而避免了感应电场对人体的伤害.故选项C正确.10.如图7所示，带电体Q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷.在静电平衡后，下列物理量中等于零的是()图7A.导体空腔内任意点的场强B.整个导体的电荷量C.导体外表面的电荷量D.导体空腔内表面的电荷量10答案AD解析静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，且内表面不带电，故选项A、D正确.导体外表面受带电体Q的影响，所带电荷量不为零，故选项B、C不正确.11.如图，四组静电实验中，能使左边的验电器的金箔张开的是()答案AC解析处于静电平衡状态下的导体所带的电荷都分布在导体的外表面，用导线连接之后，左边的金箔也是外表面，故A、C均正确，B错误.D选项中由于静电屏蔽的作用，验电器不受外电场的影响，故金箔是闭合的.12.如图8所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B.下列实验方法中能使验电器箔片张开的是()图8A.用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触B.用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触C.用绝缘导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触D.使验电器A靠近B答案BCD解析A项中先和B的内壁接触后，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开；B项中可以使C球带电，从而使A带电；C项中用绝缘导线实际上是将验电器A和B 连成了一个导体，A因接触而带电；D项中是感应起电.所以B、C、D项正确.11。
「精品」高中物理第1章静电场第4节电场中的导体学案鲁科版选修3_1
第4节电场中的导体[先填空]1．内容：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．遵循的法则：场强的叠加遵循平行四边形定则．[再判断]1．场强叠加原理仅适用于点电荷共同形成的电场．(×)2．在场强叠加区域，电场线可以相交叉．(×)3．等量同种电荷连线上，中点场强为零．(√)[后思考]对于几个点电荷共同形成的电场中的某一点，各个点电荷产生的电场是否相互影响？怎样计算它们的合场强？【提示】(1)各个点电荷产生的电场是独立的、互不影响的．(2)由于场强是矢量，故欲求出各个点电荷在某点受电场力的矢量和需用平行四边形定则．(3)利用电场的叠加原理，理论上可计算出任意带电体在任意点的场强．[合作探讨]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141所示．图141探讨1：点电荷A、B连线之间场强方向如何？【提示】由A指向B.探讨2：连线上场强为零的地方在哪？【提示】B左侧．[核心点击]场强叠加原理(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，图142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142(2)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143所示，均匀带电球体(或球壳)外各点的电场强度：E＝k Qr2式中r是球心到该点的距离(r＞R)，Q为整个球体所带的电荷量．图1431．真空中两个等量异种点电荷电荷量的值均为q，相距为r，两点电荷连线中点处的场强为( )A．0 B．2kq/r2C．4kq/r2D．8kq/r2【解析】 两点电荷在中点处的场强等大同向，E ＝2kq ⎝ ⎛⎭⎪⎫r 22＝8k q r 2.【答案】 D2．如图144所示，边长为a 的正三角形ABC 的三个顶点分别固定三个点电荷＋q 、＋q 、－q ，求该三角形中心O 点处的场强.【导学号：34022011】图144【解析】 每个点电荷在O 点处的场强大小都为E A ＝E B ＝E C ＝kq33a 2＝3kqa2，方向如图所示，E A 与E B 的夹角为120°，故E A 、E B 的矢量和大小E AB ＝E A ＝E B ，方向与E C方向相同，则O 点处的场强E ＝E AB ＋E C ＝3kq a 2＋3kq a 2＝6kqa2，方向由O 指向C .【答案】6kqa2，方向由O 指向C场强的叠加遵循矢量运算法则，运用图解法可以简化思维过程.因此，作图分析是解决此类问题的关键.[先填空] 1．静电平衡导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡．处于静电平衡的导体内部场强为零．电荷只分布在导体的外表面上．2．静电屏蔽中空导体达到静电平衡时，内部场强为零，使得内部空间不受外电场的影响．这种现象叫做静电屏蔽．接地的中空导体也可以将内部电荷产生的电场屏蔽，使其对外部不产生影响．[再判断]1．在电场中导体处于静电平衡时，导体内任一点的场强为零．(√)2．处于静电平衡的导体，净电荷只能分布在导体的外表面上．(√)3．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．(×)[后思考]什么材料的物体才适合做静电屏蔽器？【提示】金属材料的物体才能做静电屏蔽器．静电屏蔽的原理是静电平衡，只有金属导体才能处于静电平衡状态．[合作探讨]如图145所示，金属笼中的人在做电击实验．图145探讨1：为什么笼内的人安然无恙？【提示】金属笼达到静电平衡时，内部场强处处为零．笼内不受外部电场的影响，故人安然无恙．探讨2：静电平衡状态是怎样形成的？【提示】感应电荷的电场和外电场叠加，合场强等于零时，导体中的自由电子不再发生定向移动，导体达到了静电平衡状态．[核心点击]1．静电平衡的实质(1)在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合场强减小，随着感应电荷的继续增加，合场强逐渐减小，直至合场强为零，自由电荷的定向移动停止．(2)静电平衡时，导体内存在两个电场：外电场E0和感应电荷在导体内部产生的附加电场E′，在导体内部各位置，附加电场E′，与外电场E0方向相反、大小相等，导体内各位置的合场强为零，自由电荷所受合力为零．静电平衡的形成过程如图146所示：图1462．静电平衡导体的特点(1)静电平衡导体内部没有电荷的定向移动； (2)静电平衡导体内部合场强处处为零，即E 内＝0； (3)静电平衡导体表面电场方向与导体表面垂直；(4)净电荷只分布在导体的外表面上，外表面上曲率半径越大，净电荷分布的密度越小．3．如图147所示，接地金属球A 的半径为R ，球外点电荷的电荷量为Q ，到球心的距离为r .则该金属球上的感应电荷在球心O 处产生的场强等于( )图147A.kQ r 2－kQ R2 B.kQ r 2＋kQ R 2C ．0D ．k Q r2【解析】 静电平衡状态下导体内部场强为零，是由于Q 和导体上的感应电荷在导体内部叠加后形成的．因而金属球壳上感应电荷在球心处产生的场强与Q 在球心处产生的场强大小相同、方向相反，故感应电荷在球心O 处产生的场强大小为kQr2.故选D.【答案】 D4．一金属球原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆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E a 、E b 、E c ，三者相比( )【导学号：34022012】图148A ．E a 最大B ．E b 最大C ．E c 最大D ．E a ＝E b ＝E c【解析】 处于静电平衡的导体内部场强处处为零，故a 、b 、c 三点的场强都为零．静电平衡的导体内部场强为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果，所以感应电荷在球内某点产生的电场的场强与MN 在这一点形成的电场的场强等大反向．比较a 、b 、c 三点感应电场的场强，实质上是比较带电体MN 在这三点的场强．由于c 点离MN 最近，故MN 在c 点的场强最大，感应电荷在c 点场强也最大，正确答案为C 项．【答案】 C5．(多选)在如图所示的实验中，验电器的箔片会张开的是()【解析】 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．【答案】BD静电屏蔽两种情况。
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力决定，而电荷的重力不计，则只需考虑电 荷是否受电场力．根据电场中导体的特点， 即可判断．
空心导体处在带正电的带电体附近，根据电 场中导体的特点，空心导体起到了静电屏蔽 的作用，使得内部电场强度为零，电荷不受
电场力的作用，所以做匀速直线运动， C选
项正确． 【答案】 C
内电场在导体壳表面以外空间叠加结果为零．
如图所示，空心导体上方有一靠近的带有正电 的带电体．当一个重力不计的正电荷以速度v
水平飞入空心导体内时，电荷将做(
A．向上偏转的类平抛运动 B．向下偏转的类平抛运动 C．匀速直线运动 D．变速直线运动
)
【思路点拨】
根据静电平衡的特点判断电
荷的受力情况，由受力情况分析电荷的运动
kQ (2) 2 ，与 O 点场强同向 r
【规律总结】
场强的叠加与力的合成一样，
都遵循平行四边形定则，力的合成的一些方法 同样适用于场强叠加．
变式训练 1．在x轴上有两个点电荷，一个带正电Q1，
一个带负电 Q2 ，且 Q1 ＝ 2Q2. 用 E1 和 E2 分别表
示两个电荷所产生的场强的大小，则在 x 轴 上( )
(2)如图所示， A、 B 在 O′点产生的场强 EA′ kQ ＝ EB′＝ 2 ，由矢量图所形成的等边三角形 r 可知， O′点的合场强 EO′ ＝ EA′＝ EB′＝ kQ B 连线的中 2 ，方向与 A、 r 垂线垂直，即 EO′与 EO 同 向．
【答案】
8kQ (1) 2 ，由 O 指向 B r
(3) 静电屏蔽，不但可以使金属壳内部不受外
金属壳接地 的方 部电场的影响，还可以通过____________ 法隔离内部带电体对外界的影响．
想一想 2 ．高压线的检修人员穿的屏蔽服是用金属丝 网制成的,为什么屏蔽服不能用绝缘丝线制作? 提示：金属丝网可对身体起屏蔽作用，免受外 部电场的伤害，而绝缘丝线没有屏蔽作用．
电体之中．
这个笼子实验具有重要的实际意义．金属网罩
能“遮住”罩外带电体产生的电场，使罩里的
物体不受外界电场的影响，也能“阻挡”罩里
带电体产生的电场对外界的影响，可以用来做
静电屏蔽．
要点一
正确理解场强叠加原理
学案导引
1．几个电场能否同时占据同一个空间？
2．如果空间内同时存在多个电场，应怎样理
解某点的场强？
1．场强叠加遵循平行四边形定则，例如，图中 的P点的电场强度E为点电荷Q1(带正电)、Q2(带
负电)在该点的电场强度E1、E2的矢量和．
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． 3． 均匀带电球体 (或球壳 )外各点的电场强度： Q E＝ k 2.式中 r 是球心到该点的距离(r≫ R)，Q r 为整个球体所带的电荷量， 如图所示．
想一想 1．场强的叠加遵循什么原则？ 提示：平行四边形定则
二、静电平衡与静电屏蔽 1．静电平衡
移动 的状态． (1)定义：导体中没有电荷_____
(2)原理：场的矢量叠加原理． 处处为零 ． (3)特点：①导体内部场强__________ ②导体表面任意一点的场强方向与该处的表 垂直 ． 面_____ 外表面上 ． ③电荷电场的可叠加性可知，几个电场可以同时 占据同一个空间，而实体的分子或原子所占 据的空间不能被另一个分子或原子所占据．
方法指导：
(1)场强的叠加即场强的合成，同样遵循平行
四边形定则 (2)方向相同的两个电场的合场强等于两分场 强之和，方向与分场强方向一致；方向相反 的两个电场的合场强等于两分场强之差，方 向与场强大的那个分场强的方向一致．
垂直．
③静电平衡状态下的导体是个等势体，表面 是个等势面．
(3)导体上的电荷分布规律
①导体内部没有净电荷，电荷只能分布在导
体的外表面．
②电荷在导体表面的分布往往是不均匀的， 越是尖锐的地方，电荷的密度越大，外部附 近的场强也越强，凹陷部分几乎没有电荷．
2．静电屏蔽的两种方式及本质 (1)导体内部不受外部电场的影响
19世纪上半叶，法拉第做了一个令人困惑的 实验——法拉第笼子实验．
如图所示，法拉第用木条钉了一个笼子，上 面贴了许多条跟地面绝缘的锡箔．锡箔之间
互相接通，并且和起电机相连．笼子里面放
一个很灵敏的验电器．实验的时候，摇动起 电机，使锡箔带电．把一个跟地面连接的导 体移到笼子外面附近，笼子和导体之间就出 现电火花，表明锡箔确实带了电．但是，笼
点电荷与金属板间的电场是由
点电荷和金属板上的感应电荷共同形成的，既
不是匀强电场，也不是点电荷电场，更无法找
出金属板上感应电荷的分布情况，所以不可能 用常规方法求解．点电荷与金属板间的电场线 分布如图甲(2分)
点电荷与金属板间的电场线分布与一对等量 异种点电荷周围电场线 (图乙 )的中垂线上侧 的电场线分布完全相同，可用图乙所示的等 量异种点电荷来替代，从而 O 点电场强度相 当 于 等 量异 种 点 电荷 连 线中 点 处的 电 场强 度，(2 分 ) Q Q Q 即 EO＝ k 2＋ k 2＝ 2k 2.(2 分 ) d d d
第4节 电场中的导体
目标导航 1.知道场强叠加原理，会应用它进行简单计 算．(重点)
2．理解静电平衡状态和处于静电平衡状态
的导体的特点．(重点＋难点) 3．知道静电屏蔽及其实际应用．(难点)
一、场强叠加原理
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 矢量和 ．这个结论叫做 生的电场强度的________ 场强叠加原理 ． ______________
电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出
现等量异种电荷．空间电场的电场线起于场 源正电荷，终于导体壳内表面负电荷，再起 于导体壳外表面正电荷终于无穷远，壳内外 表面之间场强处处为零．
②导体壳接地后，如图(乙)所示，导体壳外的
正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球 的另一端无穷远处，空间电场起于场源正电荷 终于导体壳内表面负电荷 , 导体壳内外表面之 间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不 受内部电场影响． (2)本质 仍然是静电感应，使导体内表面感应电荷与壳
等效代替法求电场强度
[经典案例]
(6分)如图所示，水平放置的足够
大的金属板接入大地，Q为正点电荷，它到金 属板的距离为d,求静电平衡时 金属板表面上与正点电荷Q正 对点O处的电场强度的大小．
【审题指导】
本题的关键是熟知点电荷与
金属板间电场线的形状，并能够等效为等量
异种电荷的电场来求解．
【解题样板】
要点二
理解静电平衡及静电屏蔽
学案导引
1．处于静电平衡的导体内部没有电场吗？ 2．静电屏蔽只能屏蔽外部电场吗？
1．静电平衡状态下的导体特征 (1)静电平衡状态
如图所示，金属导体中自由电子受场强为E0
的外电场的电场力作用而向左移动，在导体 左侧出现多余的负电荷，而右侧则出现多余 的正电荷．
导体两侧正、负电荷在导体内部产生了与原 电场反向的电场，因与原来的电场反向，叠 加的结果是使原场强逐渐减弱，直至导体内 部各点的合场强等于零为止，导体内的自由
2．静电屏蔽 静电平衡 状态的中空导体壳, (1)定义：处于_________
内部场强处处为零，导体外壳使它的内部不
外部电场 影响的现象． 受_________ (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丝网套，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． __________
变式训练 2．(2012· 衡水高二检测)在如图所示的实验中,
验电器的金属箔会张开的是(
)
解析：选B.A中不会张开，金属网可以屏蔽外 电场．B中会张开，因为金属网未接地，网 内的带电体可以对外界产生影响.C中不会张 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．D
中不会张开，金属网可以屏蔽外电场．
电子不再发生定向移动，处于平衡状态，我
们就说导体达到静电平衡状态．
(2)静电平衡状态下导体的三个特征
①内部场强处处为零．
其本质是指电场强度E0与导体的感应电荷产
生的场强 E′的合场强为零，即感应电荷在 导体内任一点的场强 E′与外电场在该点的 场强E0大小相等，方向相反． ②表面附近任一点的场强方向与该点的表面
【答案】
Q 2k 2 d
【名师点评】
等效代替法是将一个复杂的新
问题与熟知的模型进行类比，然后用熟知的模 型替代复杂的新问题，从而找出相应的、简单 的解题方法．
法拉第的笼子实验 18世纪中叶，富兰克林认为电是一种无重量 的流质，弥漫于整个空间，并能毫无阻挡地 渗透于任何物体之中．如果空间和物体中这 种流质的密度相等，物体为中性；如果物体 中流质的密度大于空间的密度，则物体带正 电 ; 如果物体中流质的密度小于空间的密度 , 则物体带负电．
①现象：如图(甲)，将验电器放入导体网罩内
部后验电器箔片不张开，如图(乙)即外部电场
影响不到导体网罩内部．
②本质：是静电感应，导体外表面感应电
荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠 加结果为零． 3．接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间 没有影响
(1)现象 ①如图(甲)导体壳没有接地时，处于内部＋q
子里的验电器指针却始终合拢不动，说明笼
子里测不出有电荷．法拉第自己钻进笼子里
进行研究，结果也是一样．这个实验表明， 笼子上的电荷全都分布在笼子外表面，而不 进入内部，也表明了笼子里电场强度为零． 法拉第的笼子实验，令人信服地推翻了富兰 克林的错误看法，证明了带电体的电荷全部 分布在带电体的外表面上，而不是渗透在带