學(xué)魯科版選修31 1.4電場中的導(dǎo)體 課件（1）（42張）.ppt

1 4電場中的導(dǎo)體 課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道場強(qiáng)的疊加原理 并會(huì)根據(jù)疊加原理進(jìn)行簡單運(yùn)算 2 知道靜電感應(yīng)產(chǎn)生的原理 知道靜電平衡狀態(tài)及其特點(diǎn) 3 知道靜電屏蔽及其應(yīng)用 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 靜電平衡狀態(tài)與靜電屏蔽現(xiàn)象的理解 2 靜電平衡狀態(tài)的推理過程 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第4節(jié)電場中的導(dǎo)體 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 一 場強(qiáng)疊加原理如果有幾個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在 根據(jù)場強(qiáng)的定義和庫侖力的可疊加性 可知電場中任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于這幾個(gè)點(diǎn)電荷各自在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的 這個(gè)結(jié)論叫 二 靜電平衡與靜電屏蔽 矢量和 場強(qiáng)疊加原理 1 靜電平衡 物理學(xué)中將導(dǎo)體中沒有 的狀態(tài)叫做靜電平衡 處于該狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為 2 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 電荷只分布在導(dǎo)體的 3 靜電屏蔽 導(dǎo)體如果是中空的 當(dāng)它達(dá)到 時(shí) 由于內(nèi)部沒有 相當(dāng)于其外殼對內(nèi)部起到了一種 保護(hù) 作用 使它的內(nèi)部不受 的影響 這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽 零 外表面上 靜電平衡 電場 外部電場 4 靜電屏蔽不但可以使金屬殼內(nèi)部不受 的影響 還可以通過 的方法隔離內(nèi)部帶電體對 的影響 5 靜電屏蔽的應(yīng)用 靜電屏蔽在實(shí)際生活中有重要的應(yīng)用 有的電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面套有金屬罩 有的通信電纜的外面包一層鉛皮 都是用來防止外界電場的干擾起屏蔽作用的 金屬殼接地 外界 思考感悟飛機(jī)在云層與云層之間起飛 著陸時(shí)都有可能遭遇雷擊 但是當(dāng)飛機(jī)遭遇雷擊時(shí) 電流可能從雷電云達(dá)到飛機(jī)頭部 縱向流過機(jī)身外殼 最后從機(jī)尾凌空打到地上或從其中一機(jī)翼打過另一機(jī)翼 橫向流過機(jī)身 但不管怎樣 閃電都只會(huì)沿著飛機(jī)外殼流過 而不會(huì)進(jìn)入機(jī)內(nèi)對乘客造成傷害 你知道這是為什么嗎 提示 飛機(jī)外殼是金屬材料的 它會(huì)在雷擊時(shí)形成屏蔽 保護(hù)飛機(jī)內(nèi)的乘客 核心要點(diǎn)突破 一 場強(qiáng)疊加原理的理解1 如果有幾個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)存在 電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度為各個(gè)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和 例如 圖1 4 1中的p點(diǎn)的電場強(qiáng)度e為電荷q1 q2在該點(diǎn)的電場強(qiáng)度e1 e2的矢量和 圖1 4 1 圖1 4 2 圖1 4 3 特別提醒 電場強(qiáng)度是矢量 場強(qiáng)的疊加本質(zhì)是矢量疊加 所以應(yīng)該用平行四邊形定則 這也是電場與普通物質(zhì)的區(qū)別 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 在等量同種點(diǎn)電荷的中垂線上有a b兩點(diǎn) 如圖1 4 4所示 下列結(jié)論正確的是 圖1 4 4 a ea eb 方向相同b ea不可能等于eb 且方向相反c ea和eb大小不可能相等 但方向相同d ea和eb有可能大小相等 方向相同解析 選d 等量同種電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)既沿中垂線對稱 也沿兩電荷的連線對稱 且在中垂線上由無窮遠(yuǎn)到連線的中點(diǎn)場強(qiáng)先增大后減小 故ea eb大小不確定 但方向一定相同 d正確 二 靜電平衡的原因及特點(diǎn)1 靜電平衡的原因由于靜電感應(yīng) 在導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)等量異種電荷 在導(dǎo)體內(nèi)部形成與場強(qiáng)e0反向的場強(qiáng)e 在導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的場強(qiáng)可表示為e內(nèi) e0 e 如圖1 4 5甲所示 因附加電場e 與外電場e0方向相反 疊加的結(jié)果削弱了導(dǎo)體內(nèi)部的電場 隨著導(dǎo)體兩側(cè)感應(yīng)電荷繼續(xù)增加 附加電場e 增強(qiáng) 合場強(qiáng) e內(nèi)將逐漸減小 如圖乙所示 當(dāng)e內(nèi) 0時(shí) 自由電子的定向運(yùn)動(dòng)也停止了 如圖丙所示 即達(dá)到靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)e內(nèi) 0 圖1 4 5 2 靜電平衡導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn) 1 內(nèi)外表面分布不同 電荷都分布在外表面 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷 2 受導(dǎo)體的形狀影響 不光滑處電荷密度大 3 遠(yuǎn)近端 電荷的電性相反 電量相等 如圖1 4 6所示 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 離場源電荷較近和較遠(yuǎn)的兩端將感應(yīng)出等量的異種電荷 即 遠(yuǎn)同近異 圖1 4 6 如圖1 4 7所示 當(dāng)把兩個(gè)或多個(gè)原來彼此絕緣的導(dǎo)體接觸或用導(dǎo)線連接時(shí) 就可把它們看做是一個(gè)大導(dǎo)體 有些問題中所提到的 用手觸摸某導(dǎo)體 其實(shí)就是導(dǎo)體通過人體與大地構(gòu)成一個(gè)大導(dǎo)體 圖1 4 7 3 靜電平衡的特點(diǎn) 1 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 2 導(dǎo)體表面任一點(diǎn)的場強(qiáng)方向跟該點(diǎn)的表面垂直 3 凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上 特別提醒 一定要理解內(nèi)部場強(qiáng)為零的原因是場的疊加的結(jié)果 分清三種場強(qiáng) 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 一金屬球 原來不帶電 現(xiàn)沿球的直徑的延長線放置一均勻帶電的細(xì)桿mn 如圖1 4 8所示 金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場在球內(nèi)直徑上a b c三點(diǎn)的場強(qiáng)大小分別為ea eb ec 三者相比 圖1 4 8 a ea最大b eb最大c ec最大d ea eb ec解析 選c 感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的場強(qiáng)與場源電荷在球內(nèi)產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和為零 離場源電荷越近的點(diǎn)場強(qiáng)越大 所以感應(yīng)電荷在該點(diǎn)的場強(qiáng)也越大 選項(xiàng)c正確 三 靜電屏蔽的兩種情況1 導(dǎo)體內(nèi)部不受外部電場的影響 1 現(xiàn)象 使帶正電的金屬球靠近驗(yàn)電器 驗(yàn)電器的箔片張開 這表示驗(yàn)電器受到附近帶電體的影響 如圖1 4 9甲所示 用一個(gè)金屬網(wǎng)罩把驗(yàn)電器罩住 再讓帶電金屬球靠近 驗(yàn)電器的箔片不張開 這表示金屬網(wǎng)罩內(nèi)的驗(yàn)電器不受附近帶電體的影響 如圖乙所示 圖1 4 9 2 本質(zhì) 是靜電感應(yīng) 導(dǎo)體外表面的感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的電場與外電場相互疊加 使導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 2 接地的封閉導(dǎo)體殼內(nèi)部電場對殼外空間沒有影響 1 現(xiàn)象 金屬網(wǎng)罩不帶電 罩內(nèi)小球帶正電 將驗(yàn)電器靠近金屬殼 驗(yàn)電器箔片張開 這表示網(wǎng)罩內(nèi)帶電體產(chǎn)生的電場能使外界受到影響 如圖1 4 10甲 把金屬網(wǎng)罩接地 則驗(yàn)電器箔片不張開 這表示金屬網(wǎng)罩接地 內(nèi)部電場不影響外界 如圖乙 圖1 4 10 2 本質(zhì) 是靜電感應(yīng) 網(wǎng)罩內(nèi)小球所帶電荷與網(wǎng)罩內(nèi)表面感應(yīng)電荷在網(wǎng)罩外產(chǎn)生的電場相互疊加使網(wǎng)罩外場強(qiáng)處處為零 特別提醒 1 接地的空腔導(dǎo)體 腔外電場對腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響 腔內(nèi)電場對腔外空間也不產(chǎn)生影響 即內(nèi)外互不影響 2 空腔導(dǎo)體不接地 腔外電場對腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響 腔內(nèi)電場對腔外空間產(chǎn)生影響 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 3 2011年衡水高二檢測 在如圖1 4 11所示的實(shí)驗(yàn)中 驗(yàn)電器的金屬箔會(huì)張開的是 圖1 4 11 解析 選b a中不會(huì)張開 金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場 b中會(huì)張開 因?yàn)榻饘倬W(wǎng)未接地 網(wǎng)內(nèi)的帶電體可以對外界產(chǎn)生影響 c中不會(huì)張開 因?yàn)榻饘倬W(wǎng)已接地 網(wǎng)內(nèi)的帶電體對網(wǎng)外無影響 網(wǎng)外的帶電體對網(wǎng)內(nèi)也無影響 2011年大慶高二檢測 如圖1 4 12所示 真空中 帶電荷量分別為 q和 q的點(diǎn)電荷a b相距r 則 課堂互動(dòng)講練 圖1 4 12 1 兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)o的場強(qiáng)多大 2 在兩點(diǎn)電荷連線的中垂線上 距a b兩點(diǎn)都為r的o 點(diǎn)的場強(qiáng)如何 思路點(diǎn)撥 分別求出每一個(gè)電荷在該點(diǎn)的場強(qiáng) 依據(jù)疊加原理進(jìn)行矢量合成運(yùn)算 確定合場強(qiáng)的大小和方向 圖1 4 13 方法總結(jié) 1 因?yàn)閳鰪?qiáng)是矢量 所以求合場強(qiáng)時(shí)應(yīng)該既求出大小 也求出方向 2 在等量異種電荷連線的垂直平分線上 中點(diǎn)的電場強(qiáng)度最大 兩邊成對稱分布 離中點(diǎn)越遠(yuǎn) 電場強(qiáng)度越小 場強(qiáng)的方向都相同 平行于兩電荷的連線由正電荷一側(cè)指向負(fù)電荷的一側(cè) 圖1 4 14 答案 d 方法總結(jié) 1 利用靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特點(diǎn)處理相關(guān)問題可達(dá)到事半功倍的效果 2 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 即感應(yīng)電荷的場強(qiáng)與原電場場強(qiáng)的矢量和為零 如圖1 4 15所示 將懸掛在細(xì)線上的帶正電荷的小球a放在不帶電的金屬空心球c內(nèi) 不與內(nèi)壁接觸 另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球b 向c球靠近 則 圖1 4 15 a a向左偏離豎直方向 b向右偏離豎直方向b a的位置不變 b向右偏離豎直方向c a向左偏離豎直方向 b的位置不變d a b的位置都不變 思路點(diǎn)撥 小球a在金屬球殼內(nèi) 由于靜電屏蔽的作用 不會(huì)受到外電場的影響 金屬球殼c因靜電感應(yīng) 外表面是帶電的 對b有力的作用 自主解答 金屬球殼c能屏蔽外部的電場 外部的電場不能深入內(nèi)部 因此小球a不會(huì)受到電場力的作用 不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) 金屬球殼c處在電荷a的電場中 內(nèi)壁是近端 感應(yīng)異號電荷負(fù)電 外壁是