1、第第4节节 电场中的导体电场中的导体1在力学中我们学习过力的合成法则，请同学在力学中我们学习过力的合成法则，请同学们写出互成角度们写出互成角度的两个共点力的两个共点力F1、F2合力公式？合力公式？精彩回眸精彩回眸2.如图如图141所示，分别在所示，分别在A、B两点放上点电荷两点放上点电荷Q12 1014 C和和Q221014 C，在，在AB的垂直平分线上有一点的垂直平分线上有一点C，且，且ABACBC6102 m，试，试求：求：图图1-4-1(1)C点的场强为点的场强为_N/C；(2)如果有一个电子静止在如果有一个电子静止在C点，它所受的库仑点，它所受的库仑力的大小为力的大小为_N，方向，方向
2、_答案答案：(1)5102(2)8.01021方向平行方向平行AB向左向左一、场强叠加原理一、场强叠加原理1内容：内容：如果几个点电荷同时存在，电场中任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一点的电场强度等于这几个点电荷_ _的矢量和的矢量和2方法：方法：场强的叠加遵循场强的叠加遵循_定则定则3普遍性：普遍性：不仅点电荷的电场可以叠加，其他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任何电场的场强都可以进行叠加新知梳理新知梳理各自在该点产生各自在该点产生的电场强度的电场强度平行四边行平行四边行二、静电平衡与静电屏蔽二、静电平衡与静电屏蔽1静电感应现象静电感
3、应现象_中中条件条件现象现象本质本质2静电平衡静电平衡(1)定义：导体中定义：导体中(包括表面上包括表面上)没有电荷没有电荷_的状态的状态(2)特点特点导体内部场强导体内部场强_ 导体处在导体处在导体在两端导体在两端出现出现_ _电荷电荷自由电荷在自由电荷在_作用作用下发生下发生_ _电场力电场力定向定向电场电场等量等量异种异种移动移动处处为零处处为零定向移动定向移动导体表面任一点的场强方向与该处的表面导体表面任一点的场强方向与该处的表面_电荷只分布在导体的电荷只分布在导体的_ 3静电屏蔽静电屏蔽(1)定义：处于定义：处于_状态的中空导体壳，内状态的中空导体壳，内部场强处处为零，导体外壳使它内
4、部不受部场强处处为零，导体外壳使它内部不受_影响的现象影响的现象(2)应用：电子仪器和电子设备外面都有金属壳，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，都是利用修人员要穿屏蔽服等，都是利用_消除外消除外电场的影响电场的影响垂直垂直静电平衡静电平衡外部电场外部电场静电屏蔽静电屏蔽外表面上外表面上1内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，导内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，导体内部没有电荷体内部没有电荷2受导体的形状影响，尖锐的位置电荷密度大受导体的形状影响，尖锐的位置电荷密度大3“远近端远
5、近端”电荷的电性相反，电量相等电荷的电性相反，电量相等(1)如图如图142所示，处于静电平衡状态的导体，所示，处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，即荷，即“远同近异远同近异”静电平衡导体的电荷分布有什么特点？静电平衡导体的电荷分布有什么特点？(2)如图如图143所示，当把两个或多个原来所示，当把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看做是一个大导体，有些问题中所提到的们看做是一个大导体，有些问题中所提到的“用手用手触摸某导体触摸某导体”其实就是导体通
6、过人体与大地构成一其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体个大导体图图1-4-2温馨提示温馨提示：一个孤立的带电体，在自身所带电：一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的荷的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点人与大地都是导体，在人摸所有特点人与大地都是导体，在人摸(触触)导体的过导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，地球往程中，带电体、人、大地组成一个新导体，地球往往是新导体的远端往是新导体的远端图图1-4-3如图如图144所示，金属球壳的内所示，金属球壳的内外表面分别用外表面分别用C、D表示，表示，B球与金属球球与金属球壳内表面紧密接触
7、金属小球壳内表面紧密接触金属小球A原来带原来带正电，金属球壳与金属小球正电，金属球壳与金属小球B原来不带原来不带电，当用一根导线将电，当用一根导线将A、B两球连接时，两球连接时，以下判断中正确的是以下判断中正确的是 ()图图1-4-4AA与与B带正电，带正电，C带负电，带负电，D带正电带正电BD带正电，带正电，A带正电，带正电，B与与C不带电不带电C只有只有A带正电，其他均不带电带正电，其他均不带电DA带正电，带正电，D带负电，带负电，B与与C不带电不带电解析解析：A与与B用导线连接后，用导线连接后，A、B两球以及两球以及球壳成为一个大导体，球壳成为一个大导体，A球表面及球壳的外表面球表面及球
8、壳的外表面D相当于大导体的外表面，相当于大导体的外表面，B球表面及球壳内表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，故电荷只分布在外表面上，故B正确，正确，A、C、D错错误误答案答案：B1导体内部不受外部电场的影响导体内部不受外部电场的影响(1)现象：使带正电的金属球靠近验电器，验电现象：使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片张开，这表示验电器受到附近带电体的影器的箔片张开，这表示验电器受到附近带电体的影响，如图响，如图145(甲甲)所示；用一个金属网罩把验电所示；用一个金属网罩把验电器罩住，再让带电金属球靠近，验电
9、器的箔片不张器罩住，再让带电金属球靠近，验电器的箔片不张开，这表示金属网罩内的验电器不受附近带电体的开，这表示金属网罩内的验电器不受附近带电体的影响，如图影响，如图(145乙乙)所示所示静电屏蔽的两种情况静电屏蔽的两种情况(2)本质：是静电感应导体外表面的感应电荷本质：是静电感应导体外表面的感应电荷在导体内部产生的电场与外电场相互叠加，使导体在导体内部产生的电场与外电场相互叠加，使导体内部场强处处为零内部场强处处为零图图1-4-52接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响(1)现象：金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验现象：金属网罩不带电，罩内小球带
10、正电，将验电器靠近金属壳，验电器箔片张开，这表示网罩内带电电器靠近金属壳，验电器箔片张开，这表示网罩内带电体产生的电场能使外界受到影响体产生的电场能使外界受到影响(如图如图146甲甲)；把金；把金属网罩接地，则验电器箔片不张开，这表示金属网罩接属网罩接地，则验电器箔片不张开，这表示金属网罩接地，内部电场不影响外界地，内部电场不影响外界(如图如图146乙乙)图图1-4-6(2)本质：是静电感应网罩内小球所带电荷本质：是静电感应网罩内小球所带电荷与网罩内表面感应电荷在网罩外产生的电场相互与网罩内表面感应电荷在网罩外产生的电场相互叠加使网罩外场强处处为零叠加使网罩外场强处处为零温馨提示温馨提示：(1
11、)接地的空腔导体，腔外电场对接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响产生影响，即内外互不影响(2)空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间不空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间产生影响产生影响，腔内电场对腔外空间产生影响2.有一接地的导体球壳，如图有一接地的导体球壳，如图 147所示，球心所示，球心O处放一点电荷处放一点电荷q，达到静电平衡时，则达到静电平衡时，则 ()Aq的电量变化时，壳外电场的电量变化时，壳外电场随之改变随之改变图图1-4-7Bq在壳外产生的电场强度为零在壳外
12、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球壳内外表面的电荷在壳外的场强为零Dq与壳内表面的电荷在壳外的合场强为零与壳内表面的电荷在壳外的合场强为零解析解析：当导体球壳接地时，壳内电荷在壳：当导体球壳接地时，壳内电荷在壳外表面所产生的感应电荷流入大地，或大地内外表面所产生的感应电荷流入大地，或大地内的电子流入球壳，即壳外表面不带电，这时壳的电子流入球壳，即壳外表面不带电，这时壳内电荷与壳内表面的感应电荷在壳内壁以外内电荷与壳内表面的感应电荷在壳内壁以外(包包括导体壳层括导体壳层)任一点的合场强为零故任一点的合场强为零故D正确，正确，A、B、C错误错误答案答案：D【例例1】在场强为在
13、场强为E的匀强电场中，的匀强电场中，取取O点为圆心，点为圆心，r为半径作一圆周，在为半径作一圆周，在O点点固定一电荷量为固定一电荷量为Q的点电荷，的点电荷，a、b、c、d为相互垂直的两条直线为相互垂直的两条直线(其中一条沿竖直其中一条沿竖直方向方向)和圆周的交点当把一检验电荷和圆周的交点当把一检验电荷q放在放在d点恰好平衡点恰好平衡(如图如图148所示所示)场的叠加的应用场的叠加的应用图图1-4-8(1)匀强电场场强匀强电场场强E的大小、方向如何？的大小、方向如何？(2)检验电荷检验电荷q放在点放在点c时，受力时，受力Fc的大小、方的大小、方向如何？向如何？(3)检验电荷检验电荷q放在点放在点
14、b时，受力时，受力Fb的大小、方的大小、方向如何？向如何？反思领悟反思领悟：检验电荷处在匀强电场和点电：检验电荷处在匀强电场和点电荷荷Q产生的电场组成的叠加场中，因此要求产生的电场组成的叠加场中，因此要求检验电荷在电场中某点所受的电场力，首先应检验电荷在电场中某点所受的电场力，首先应确定该点的合场强，要确定合场强，就需要求确定该点的合场强，要确定合场强，就需要求匀强电场的场强，而题目已经告诉当检验电荷匀强电场的场强，而题目已经告诉当检验电荷处在处在d点时恰好平衡，这恰恰是两电场共同作用点时恰好平衡，这恰恰是两电场共同作用的结果，据此则问题可解的结果，据此则问题可解如图如图149所示，在所示，在
15、y轴上轴上关于关于O点对称的点对称的A、B两点有等量同两点有等量同种点电荷种点电荷Q，在，在x轴上轴上C点有点电点有点电荷荷Q，且，且COOD，ADO60.根据上述说明，在根据上述说明，在x轴上场强轴上场强为零的点为为零的点为_图图1-4-9解析解析：在：在x轴上由轴上由Q产生的电场强度方向沿水产生的电场强度方向沿水平方向，在平方向，在C点右侧水平向左，左侧水平向右，要想点右侧水平向左，左侧水平向右，要想和等量的正电荷在和等量的正电荷在x轴上产生的合场强为零，该点应轴上产生的合场强为零，该点应该出现在该出现在C点的右侧，距离点的右侧，距离A、B、C三个电荷相同的三个电荷相同的D点上点上答案答案
16、：D点点【例例2】如图如图1410所示，所示，A为带电的空腔导体，为带电的空腔导体，B为离为离A很远的不带电的验电器，现用一根导线一端与很远的不带电的验电器，现用一根导线一端与A的内壁接触，另一端与的内壁接触，另一端与B的金属球接触，则的金属球接触，则B的箔片的箔片是否张开？是否张开？静电平衡问题静电平衡问题图图1-4-10思路点拨思路点拨：连接后：连接后A、B成为一个导体，只要成为一个导体，只要B处在处在A球的外部，无论导线与球的外部，无论导线与A球的何处接触，验电球的何处接触，验电器均带电，若器均带电，若B在在A球的内部，验电器不带电球的内部，验电器不带电解析解析：导线把：导线把A和和B连
17、接在一起，形成一个整体，连接在一起，形成一个整体，B实际上是成了实际上是成了A的外表面的一部分，因此的外表面的一部分，因此B将带电，将带电，则则B中箔片张开中箔片张开答案答案：张开：张开反思领悟反思领悟：对于静电平衡的导体，要正确理解：对于静电平衡的导体，要正确理解其特点，同时要分清导体的内部和外部以及其特点，同时要分清导体的内部和外部以及E感感、E原原、E合合，知道内部场强为零及电荷分布在外表面的原，知道内部场强为零及电荷分布在外表面的原因因如图如图1411所示，若把所示，若把验电器验电器B放在空腔带电导体放在空腔带电导体A的内的内部时，部时，(1)用导线连接用导线连接A的内壁与的内壁与B的
18、金属小球，此时验电器的金属小球，此时验电器B的箔的箔片是否张开？片是否张开？图图1-4-11(2)若用导线连接若用导线连接A的外壁与的外壁与B的金属小球，此时的金属小球，此时验电器验电器B的箔片是否张开？的箔片是否张开？解析解析：两种情况下，只要用导线把：两种情况下，只要用导线把A、B的金属的金属球相连，球相连，B就属于导体内部的一部分，因此就属于导体内部的一部分，因此B的箔片的箔片都不会张开都不会张开答案答案：(1)不张开不张开(2)不张开不张开【例例3】如图如图1412所示，所示，空心导体上方有一靠近的带有正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电的带电体当一个重力不计的正
19、电荷以速度正电荷以速度v水平飞入空心导体水平飞入空心导体内时，电荷将做内时，电荷将做 ()静电屏蔽的应用静电屏蔽的应用图图1-4-12A向上偏转的类似平抛运动向上偏转的类似平抛运动B向下偏转的类似平抛运动向下偏转的类似平抛运动C匀速直线运动匀速直线运动D变速直线运动变速直线运动解析解析：空心导体处在带正电的带电体的附近，根：空心导体处在带正电的带电体的附近，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，使得内部电场场强为零，电荷不受电场力的作用，用，使得内部电场场强为零，电荷不受电场力的作用，所以做匀速直线运动，所以做匀速直线运动，C选项正确
20、答案为选项正确答案为C.答案答案：C反思领悟反思领悟：(1)研究电荷的运动状态，必须把握住研究电荷的运动状态，必须把握住电荷的受力情况电荷的受力情况(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处处为零导体表面处电场线与导体垂直的特点某研究性学习小组学习电学知识后对电工某研究性学习小组学习电学知识后对电工穿的高压作业服进行研究，发现高压作业服是用穿的高压作业服进行研究，发现高压作业服是用铜丝编织的下列各同学的认识正确的是铜丝
21、编织的下列各同学的认识正确的是()A甲认为铜丝编织的衣服不易拉破，所以甲认为铜丝编织的衣服不易拉破，所以用铜丝编织用铜丝编织B乙认为电工被铜丝编织的衣服包裹，使体乙认为电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内为匀强电场，对人体起保护作用内为匀强电场，对人体起保护作用C丙认为电工被铜丝编织的衣服包裹，使丙认为电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用体内电场强度保持为零，对人体起保护作用D丁认为铜丝必须达到一定的厚度，才能丁认为铜丝必须达到一定的厚度，才能对人体起到保护作用对人体起到保护作用解析解析：铜丝编织的衣服起到静电屏蔽的：铜丝编织的衣服起到静电屏蔽的作用，使人体内部场强为
22、零，故作用，使人体内部场强为零，故C项正确项正确答案答案：C静电感应现象中电场的分布静电感应现象中电场的分布电场的分布最终取决于导体表面电荷的分布特电场的分布最终取决于导体表面电荷的分布特点，因此分析静电平衡问题时要注意电荷的分布及点，因此分析静电平衡问题时要注意电荷的分布及变化变化创新拓展创新拓展图图1-4-13【例例4】如图如图1413所示，一所示，一导体球导体球A带有正电荷，当只有它存在带有正电荷，当只有它存在时，它在空间时，它在空间P点产生的电场强度的点产生的电场强度的大小为大小为EA.在在A球球心与球球心与P点连线上有点连线上有一带负电的点电荷一带负电的点电荷B，当只有它存在，当只有
23、它存在时，它在空间时，它在空间P点产生的电场强度大小为点产生的电场强度大小为EB.当当A、B同时存在时，根据场强叠加原理，同时存在时，根据场强叠加原理，P点的场强大小点的场强大小应为应为 ()AEB BEAEBC|EAEB|D以上说法都不对以上说法都不对解析解析：当带电导体球周围无其他导体或带电体：当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时，导体球上的电荷将均匀分布在导体球表存在时，导体球上的电荷将均匀分布在导体球表面根据题意均匀分布在导体球上的电荷在面根据题意均匀分布在导体球上的电荷在P点产生点产生的场强为的场强为EA.当把点电荷放在当把点电荷放在B点后，虽然导体球所点后，虽然导体球所带的总电
24、荷量未变，但因静电感应，导体球上的电带的总电荷量未变，但因静电感应，导体球上的电荷将重新分布，直到达到静电平衡这时，导体球荷将重新分布，直到达到静电平衡这时，导体球上的电荷在上的电荷在P点产生的场强点产生的场强EA不等于不等于EA.由于点电由于点电荷荷B不涉及电荷如何分布的问题，它在不涉及电荷如何分布的问题，它在P点产生的点产生的场强与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为场强与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为EB，当点电荷与导体球当点电荷与导体球A同时存在时，同时存在时，P点的场强应由点的场强应由EA与与EB叠加而成，而不是由叠加而成，而不是由EA与与EB叠加这样对叠加这样对场强叠加原理的理解准确了，就能立即断定场强叠加原理的理解准确了，就能立即断定A、B、C三个选项都是不对的三个选项都是不对的 答案答案：D
