1、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)特点导体内部场强处处为零。电荷只分布在
2、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
3、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 DCD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
4、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：Ek，式中r是球心到该点的距离(rR)，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
5、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AB，A、B两点电荷在O点产生的电场强度大小EAEB。(2)O点的场强为EOEAEB，方向由AB。答案(1)均为，方向由A到B(2)，方向由AB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，EAEB，由矢量图所形成的等边三角形可知，O点的场强EOEAEB，方向由AB。答案，方向由AB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
6、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E1k，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E2E1k，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E3E2k，方向沿y轴负向；将该
7、正点电荷移到G处，该正点电荷在H点产生的场强大小E4k，方向沿y轴正向，所以H点的场强大小EE3E4，方向沿y轴负向。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。【例2】处于静电平衡状态的导体，内部
8、电场强度处处为零的原因是()A导体内部无任何电场B外加电场不能进入导体内部C所有感应电荷在导体内部产生的合电场强度为零D外加电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为零D处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零是感应电荷的电场与外加电场叠加的结果，故选项D正确。对静电平衡的两点说明(1)“内”仅指导体内部，导体的表面上的场强是否为零应看此表面是否分布净电荷。(2)明确三个场强，即原外电场E0，感应电荷附加电场E，合电场E，“合”是指内、外电场(即外部电场与感应电荷产生的电场)的矢量和。跟进训练2如图所示，带电荷量Q的点电荷旁有一接地的大金属板，A为金属板内一点，B为金属板左侧外表面上一
9、点，下列关于金属板上感应电荷在A点和B点的场强方向判断正确的是()A感应电荷在A点的场强沿E1方向B感应电荷在A点的场强沿E2方向C感应电荷在B点的场强一定沿E3方向D感应电荷在B点的场强可能沿E4方向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。静电屏蔽的理解及应用1.静电屏蔽的两种情况屏蔽外电场屏蔽内电场图示实现过程因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在
10、空腔内的电场的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最终结论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()A
11、A球带负电荷，B球带正电荷BA球带负电荷，B球不带电CA、B两球都带负电荷DA、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。3(多选)
12、在如图所示的实验中，验电器的金属箔片会张开的是()A BC DBD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。课 堂 小 结知 识 脉 络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
13、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()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
14、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。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()AA与B带正电，C带负电，D带正电BD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DA带正电，D带负电，B与C不带电BA与B用导线连接后，A、B两球以及球壳成为一个大导体，A球表面及球壳的外表面D相当于大导体的外表面，B球表面及球壳内表面相当于大导体的内表面，因为静电平衡导体的电荷只分布在外表面上，故B正确，A、C、D错误。4如图所示，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()AA点BB点CC点DD点D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。
