第1章 第4节 电场中的导体—2020-2021鲁科版高中物理选修3-1课件(共48张PPT)

合作 探究 攻重 难
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。
[跟进训练] 3．(多选)在如图所示的实验中，验电器的金属箔片会张开的是 ()
A
B
C
D
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。]
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．导体处于静电平衡状态的特点 (1)导体内没有电荷的定向移动。 (2)内部场强处处为零。 (3)导体表面上任何一点的场强方向都与该处表面垂直。 (4)净电荷只分布在导体表面(“净”即导体中正负电荷中和后净 剩的意思)，且越尖锐处电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有净电 荷。
A．采用金属材料编织的衣服目的是使衣服不易拉破 B．采用金属材料编织的衣服目的是利用静电屏蔽 C．电工穿上屏蔽服后，使体内场强为零 D．电工穿上屏蔽服后，使体内电势为零
BC [屏蔽服作用是在穿上后，使处于高压电场中的人体外表面 各部位形成一个等电位屏蔽面，从而防护人体免受高压电场及电磁波 的危害。等电位说明电势相等而不是等于 0，等电势时电势差为 0， 电场强度为 0，B、C 正确，A、D 错误。]
A．A 球带负电荷，B 球带正电荷 B．A 球带负电荷，B 球不带电 C．A、B 两球都带负电荷 D．A、B 两球都带正电荷 思路点拨：对静电屏蔽问题的分析，关键是抓住静电平衡的特点， 区分两种屏蔽现象，认清感应电荷的分布。
B [首先带正电荷的小球 C 从 A 球开口处放入 A 球中央。根据 静电感应现象可知，A 球内表面带负电荷，外表面带正电荷，用手接 触 A 相当于把 A 接地，由大地传导过来的电子与 A 球外表面正电荷 中和，使 A 球外表面不带电，此时 A 球对外起静电屏蔽作用，A 球内 的电场不影响外部。用手接触 B 时，无电荷移动，B 球不带电。当带 正电荷的 C 球从 A 球内移走后，A 球内表面所带的负电荷移至外表面， 所以此时 A 球带负电荷。由上述可知，选项 B 正确。]
[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.34kaQ2 ，沿 y 轴正向 B.34kaQ2 ，沿 y 轴负向 C.54kaQ2 ，沿 y 轴正向 D.54kaQ2 ，沿 y 轴负向
课堂小结
1 个原理：场强叠加原理 1 个状态：静电平衡状态 2 种现象：屏蔽内电场、屏蔽外电场
知识脉络
当堂 达标 固双 击
1．对于处在静电平衡状态的导体，下列说法正确的是( ) A．导体内部既无正电荷，又无负电荷 B．导体内部和外表面处的电场强度均为零 C．导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和为零 D．导体内部电场强度为零是外加电场与感应电荷产生的电场叠 加的结果
(√ ) (5)在电场中导体处于静电平衡时，导体内任一点的强为零。
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
B [处于 O 点的正点电荷在 G 点处产生的场强大小 E1＝kaQ2，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＝kaQ2，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＝kaQ2， 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 的场强大小 E4＝k2Qa2，方向沿 y 轴正向，所以 H 点的场强大小 E＝ E3－E4＝34kaQ2 ，方向沿 y 轴负向。]
3．如图所示，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( )
A．A 与 B 带正电，C 带负电，D 带正电 B．D 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 D．A 带正电，D 带负电，B 与 C 不带电
B [金属板内部场强为 0，点电荷在 A 点场强方向为 E1，感应电 荷在 A 点的场强为 E2，二者叠加后才能为 0，故选项 A 错误，B 正 确；B 点在金属板表面上，那么 B 点合场强方向应垂直金属板向外， 而点电荷引起的场强方向指向负电荷，则感应电荷引起的场强方向可 能为题目所给的 E3 方向，故选项 C、D 错误。]
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。
接地导体空腔外部不受内部
导体内空腔不受外界电荷影响
结论
电荷影响
本质
静电感应与静电平衡
2.静电屏蔽的实质 利用静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的 矢量和为零，好像金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用， 其实是壳内两种电场并存，矢量和为零而已。
【例 3】 如图所示，A 为空心金属球，B 为金属球，A、B 原来 不带电，将另一带正电荷的小球 C 从 A 球开口处放入 A 球中央，不 接触 A 球，然后用手接触一下 A 球，再用手接触一下 B 球，再移走 C 球，则( )
第1章 静电场
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)
自主 预习 探新 知
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。
点合场强方向应垂直金属板向外
1.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 当空腔外部接地时，外表面
实现 壳表面上感应电荷在空腔内的电 的感应电荷因接地将传给地
过程 场的合场强为零，达到静电平衡 球，外部电场消失，起到屏
状态，起到屏蔽外电场的作用 蔽内电场的作用
最终
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。
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。]
D [导体处于静电平衡状态时，其内部无净电荷，即其正、负电 荷总量相等，电荷量为零，其表面处有净电荷，以至于该处电场强度 不为零，导体表面的电荷代数和不一定为零，故选项 D 正确。]
2．(多选)电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业，电 工全身穿戴带电作业用屏蔽服，屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维 混纺交织成布后再做成的服装，下列说法正确的是( )
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′＝krQ2 ，由矢量图
所形成的等边三角形可知，O′点的场强 EO′＝EA′
＝EB′＝krQ2 ，方向由 A→B。 [答案] krQ2 ，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。
[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