學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE16-版權(quán)所有@高考資源網(wǎng)學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第4節(jié)電場中的導(dǎo)體［學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．理解電場強(qiáng)度的疊加遵循平行四邊形定則,掌握電場強(qiáng)度疊加的運(yùn)算。（科學(xué)思維)2．知道靜電的原因及靜電屏蔽的概念.(物理觀念)3．了解靜電屏蔽現(xiàn)象及其在生活中的應(yīng)用。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)一、場強(qiáng)疊加原理1．概念若有幾個點電荷同時存在，它們產(chǎn)生的電場中任一點的電場強(qiáng)度等于這幾個點電荷各自在該點產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和。這個結(jié)論稱作場強(qiáng)疊加原理。2．方法場強(qiáng)的疊加遵循平行四邊形定則.3．特點電場疊加具有普遍性，不僅點電荷的電場可以疊加，其他任何電場的場強(qiáng)都可以進(jìn)行疊加。二、靜電平衡與靜電屏蔽1．靜電平衡(1）定義：導(dǎo)體中沒有電荷移動的狀態(tài)。（2)特點①導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零。②電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上。2．靜電屏蔽(1)定義：當(dāng)中空的導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時，內(nèi)部無電場，因而導(dǎo)體的外殼會對其內(nèi)部起屏蔽作用，使它內(nèi)部不受外部電場影響的現(xiàn)象。（2）應(yīng)用:電子儀器和電子設(shè)備外面都有金屬殼，通信電纜外面包有一層金屬網(wǎng)，高壓線路的檢修人員要穿屏蔽服等，都是利用靜電屏蔽現(xiàn)象消除外電場的影響。1．思考判斷（正確的打“√”，錯誤的打“×")（1）場強(qiáng)疊加原理僅適用于點電荷共同形成的電場。 (×)[提示］場強(qiáng)疊加原理適用于所有電場。（2）在場強(qiáng)疊加區(qū)域，電場線可以相交叉。 （×）［提示]電場線是疊加場的電場線,空間不相交。（3）在電場中導(dǎo)體處于靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)部任一點的場強(qiáng)為零。 （√）(4)處于靜電平衡的導(dǎo)體，凈電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上。 (√）(5）在電場中導(dǎo)體處于靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)任一點的感應(yīng)電荷的場強(qiáng)為零。 (×)[提示]導(dǎo)體內(nèi)合場強(qiáng)為零。2．如圖所示,用起電機(jī)使金屬鳥籠帶電，站在金屬架上的鳥安然無恙，且不帶電，其原因是（）A．鳥的腳爪與金屬架絕緣B．鳥能承受的安全電壓比較高C．起電機(jī)使籠帶電，籠的電勢不會很高D．鳥籠內(nèi)部場強(qiáng)為零,電荷分布在籠的外表面D［金屬鳥籠起到靜電屏蔽的作用，內(nèi)部場強(qiáng)為零,電荷分布在籠的外表面.故D項正確.］3．(多選）一個不帶電的空心金屬球，在它的球內(nèi)放一個正電荷如圖所示，其電場分布圖正確的是(）ABCDCD［空心金屬球內(nèi)放一正電荷，由于靜電感應(yīng)使金屬球外表帶正電，球殼上達(dá)到靜電平衡,內(nèi)部場強(qiáng)為零，當(dāng)金屬球接地時，對外具有屏蔽作用，故選項C、D正確。]對場強(qiáng)疊加原理的理解1．場強(qiáng)疊加的適用情況:場強(qiáng)的疊加原理不僅適用于幾個點電荷的電場疊加，也適用于勻強(qiáng)電場和非勻強(qiáng)電場的疊加，都遵從平行四邊形定則。2．某點場強(qiáng)的疊加：電場中某點的電場強(qiáng)度為各個點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和。場強(qiáng)的疊加遵循平行四邊形定則，如圖甲所示。3．均勻帶電球周圍的場強(qiáng)：均勻帶電球體(或球殼)外各點的電場強(qiáng)度：E＝keq\f（Q，r2）,式中r是球心到該點的距離(r?R),Q為整個球體（或球殼)所帶的電荷量,如圖乙所示?！纠?】如圖所示，真空中，帶電荷量分別為＋Q和－Q的點電荷A、B相距r，則：（1）點電荷A、B在中點O產(chǎn)生的場強(qiáng)分別為多大？方向如何？(2）兩點電荷連線的中點O的場強(qiáng)為多大？方向如何？［解析］（1）如圖所示，A、B兩點電荷在O點產(chǎn)生的場強(qiáng)方向相同，均由A→B，A、B兩點電荷在O點產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小EA＝EB＝eq\f（kQ,\b\lc\(\rc\)（\a\vs4\al\co1(\f（r,2）)）\s\up12（2）)＝eq\f（4kQ，r2）。（2)O點的場強(qiáng)為EO＝EA＋EB＝eq\f（8kQ，r2），方向由A→B.［答案]（1)均為eq\f（4kQ,r2）,方向由A到B（2）eq\f(8kQ,r2），方向由A→B上例中在兩點電荷連線的中垂線上，距A、B兩點都為r的O′點的場強(qiáng)如何？［解析］如圖所示,EA′＝EB′＝eq\f(kQ,r2），由矢量圖所形成的等邊三角形可知，O′點的場強(qiáng)EO′＝EA′＝EB′＝eq\f（kQ,r2),方向由A→B.[答案］eq\f（kQ，r2),方向由A→B計算合場強(qiáng)的三點注意(1)明確有幾個場源.(2)分析各個場源在所考查的位置或空間激發(fā)電場的大小和方向。（3）根據(jù)場強(qiáng)疊加原理，多個場源激發(fā)電場的合電場強(qiáng)度等于各個電場單獨存在時，在該點產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和。［跟進(jìn)訓(xùn)練]1．直角坐標(biāo)系xOy中，M、N兩點位于x軸上，G、H兩點坐標(biāo)如圖。M、N兩點各固定一負(fù)點電荷,一電荷量為Q的正點電荷置于O點時,G點處的電場強(qiáng)度恰好為零。靜電力常量用k表示.若將該正點電荷移到G點，則H點處場強(qiáng)的大小和方向分別為()A．eq\f（3kQ，4a2)，沿y軸正向 B．eq\f（3kQ,4a2)，沿y軸負(fù)向C．eq\f(5kQ,4a2)，沿y軸正向 D．eq\f(5kQ，4a2)，沿y軸負(fù)向B［處于O點的正點電荷在G點處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小E1＝keq\f(Q，a2),方向沿y軸負(fù)向；又因為G點處場強(qiáng)為零，所以M、N處兩負(fù)點電荷在G點共同產(chǎn)生的場強(qiáng)大小E2＝E1＝keq\f(Q,a2）,方向沿y軸正向；根據(jù)對稱性，M、N處兩負(fù)點電荷在H點共同產(chǎn)生的場強(qiáng)大小E3＝E2＝keq\f(Q，a2)，方向沿y軸負(fù)向；將該正點電荷移到G處，該正點電荷在H點產(chǎn)生的場強(qiáng)大小E4＝keq\f(Q,2a2），方向沿y軸正向,所以H點的場強(qiáng)大小E＝E3－E4＝eq\f(3kQ,4a2)，方向沿y軸負(fù)向。］靜電平衡的理解及應(yīng)用1．靜電平衡的實質(zhì)靜電平衡的實質(zhì)是外電場和感應(yīng)電荷的電場的疊加。靜電平衡時附加電場E′與外電場E0，方向相反、大小相等，導(dǎo)體內(nèi)各位置的合場強(qiáng)為零，自由電荷所受合力為零。2．導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)的特點(1）導(dǎo)體內(nèi)沒有電荷的定向移動。（2）內(nèi)部場強(qiáng)處處為零。（3)導(dǎo)體表面上任何一點的場強(qiáng)方向都與該處表面垂直。（4)凈電荷只分布在導(dǎo)體表面(“凈”即導(dǎo)體中正負(fù)電荷中和后凈剩的意思),且越尖銳處電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有凈電荷.【例2】如圖所示，一個不帶電的表面絕緣的導(dǎo)體P正在向帶正電的小球Q緩慢靠近，但不接觸，也沒有發(fā)生放電現(xiàn)象,則下列說法中正確的是（)A．B端的感應(yīng)電荷為負(fù)電荷B．導(dǎo)體P內(nèi)部場強(qiáng)越來越大C．導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在C點產(chǎn)生的場強(qiáng)始終小于在B點產(chǎn)生的場強(qiáng)D．導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在C點產(chǎn)生的場強(qiáng)始終大于在B點產(chǎn)生的場強(qiáng)D[導(dǎo)體P處在正電荷的電場中，由于靜電感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)體的右端B帶正電荷，導(dǎo)體的左端C帶負(fù)電荷,故選項A錯誤;處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零,故選項B錯誤；導(dǎo)體上C點和B點的電場由導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場和帶正電的小球Q產(chǎn)生的電場疊加的結(jié)果,并且為0，帶正電的小球Q在C點的場強(qiáng)大于B點的場強(qiáng)，所以導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在C點產(chǎn)生的場強(qiáng)始終大于在B點產(chǎn)生的場強(qiáng)，故選項C錯誤,D正確。]（1)靜電平衡時，外電場E0和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場E′大小相等、方向相反，導(dǎo)體內(nèi)各位置的合場強(qiáng)為零,自由電荷所受合力為零。(2）靜電平衡是自由電荷發(fā)生定向移動的結(jié)果，達(dá)到靜電平衡時，自由電荷不再發(fā)生定向移動。（3）金屬導(dǎo)體建立靜電平衡的時間是非常短暫的。［跟進(jìn)訓(xùn)練]2．如圖所示,帶電荷量－Q的點電荷旁有一接地的大金屬板，A為金屬板內(nèi)一點,B為金屬板左側(cè)外表面上一點，下列關(guān)于金屬板上感應(yīng)電荷在A點和B點的場強(qiáng)方向判斷正確的是()A．感應(yīng)電荷在A點的場強(qiáng)沿E1方向B．感應(yīng)電荷在A點的場強(qiáng)沿E2方向C．感應(yīng)電荷在B點的場強(qiáng)一定沿E3方向D．感應(yīng)電荷在B點的場強(qiáng)可能沿E4方向B［金屬板內(nèi)部場強(qiáng)為0,點電荷在A點場強(qiáng)方向為E1，感應(yīng)電荷在A點的場強(qiáng)為E2，二者疊加后才能為0，故選項A錯誤，B正確；B點在金屬板表面上，那么B點合場強(qiáng)方向應(yīng)垂直金屬板向外，而點電荷引起的場強(qiáng)方向指向負(fù)電荷，則感應(yīng)電荷引起的場強(qiáng)方向可能為題目所給的E3方向，故選項C、D錯誤。]靜電屏蔽的理解及應(yīng)用1．靜電屏蔽的兩種情況屏蔽外電場屏蔽內(nèi)電場圖示實現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的電場的合場強(qiáng)為零,達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當(dāng)空腔外部接地時,外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球,外部電場消失，起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡2．靜電屏蔽的實質(zhì)利用靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)的感應(yīng)電荷的電場和外加電場的矢量和為零，好像金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內(nèi)兩種電場并存,矢量和為零而已?！纠?】如圖所示,A為空心金屬球，B為金屬球，A、B原來不帶電，將另一帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央，不接觸A球,然后用手接觸一下A球，再用手接觸一下B球,再移走C球，則()A．A球帶負(fù)電荷,B球帶正電荷B．A球帶負(fù)電荷，B球不帶電C．A、B兩球都帶負(fù)電荷D．A、B兩球都帶正電荷思路點撥：對靜電屏蔽問題的分析，關(guān)鍵是抓住靜電平衡的特點，區(qū)分兩種屏蔽現(xiàn)象，認(rèn)清感應(yīng)電荷的分布。B[首先帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央。根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象可知，A球內(nèi)表面帶負(fù)電荷，外表面帶正電荷，用手接觸A相當(dāng)于把A接地，由大地傳導(dǎo)過來的電子與A球外表面正電荷中和,使A球外表面不帶電，此時A球?qū)ν馄痨o電屏蔽作用，A球內(nèi)的電場不影響外部。用手接觸B時，無電荷移動，B球不帶電.當(dāng)帶正電荷的C球從A球內(nèi)移走后,A球內(nèi)表面所帶的負(fù)電荷移至外表面，所以此時A球帶負(fù)電荷。由上述可知，選項B正確。]［跟進(jìn)訓(xùn)練]3．（多選)在如圖所示的實驗中，驗電器的金屬箔片會張開的是（)ABCDBD［題圖A中驗電器箔片不會張開，金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場;題圖B中驗電器箔片會張開，因為金屬網(wǎng)未接地，網(wǎng)內(nèi)的帶電體可以對外界產(chǎn)生影響;題圖C中驗電器箔片不會張開，因為金屬網(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；題圖D中電荷Q由于網(wǎng)罩的作用對外無影響，但對內(nèi)仍有電場，故驗電器箔片會張開。選項B、D正確。]課堂小結(jié)知識脈絡(luò)1個原理:場強(qiáng)疊加原理1個狀態(tài):靜電平衡狀態(tài)2種現(xiàn)象：屏蔽內(nèi)電場、屏蔽外電場1．對于處在靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，下列說法正確的是()A．導(dǎo)體內(nèi)部既無正電荷，又無負(fù)電荷B．導(dǎo)體內(nèi)部和外表面處的電場強(qiáng)度均為零C．導(dǎo)體處于靜電平衡時，導(dǎo)體表面的電荷代數(shù)和為零D．導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度為零是外加電場與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場疊加的結(jié)果D［導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時，其內(nèi)部無凈電荷，即其正、負(fù)電荷總量相等，電荷量為零,其表面處有凈電荷，以至于該處電場強(qiáng)度不為零，導(dǎo)體表面的電荷代數(shù)和不一定為零，故選項D正確.]2．(多選）電力工作人員在幾百萬伏的高壓線上進(jìn)行帶電作業(yè)，電工全身穿戴帶電作業(yè)用屏蔽服，屏蔽服是用導(dǎo)電金屬材料與紡織纖維混紡交織成布后再做成的服裝,下列說法正確的是（)A．采用金屬材料編織的衣服目的是使衣服不易拉破B．采用金屬材料編織的衣服目的是利用靜電屏蔽C．電工穿上屏蔽服后，使體內(nèi)場強(qiáng)為零D．電工穿上屏蔽服后，使體內(nèi)電勢為零BC［屏蔽服作用是在穿上后，使處于高壓電場中的人體外表面各部位形成一個等電位屏蔽面,從而防護(hù)人體免受高壓電場及電磁波的危害.等電位說明電勢相等而不是等于0,等電勢時電勢差為0，電場強(qiáng)度為0,B、C正確，A、D錯誤.］3．（多選）帶正電的小球放在不帶電的空心金屬球的外部或內(nèi)部,下列情況下放在P點的試探電荷受力為零的是（）ABCDABD[A圖和B圖中金屬球內(nèi)部的場強(qiáng)為零，故放在P點的試探電荷受力為零，選項A、B正確；當(dāng)小球放在金屬球內(nèi)部時，內(nèi)部電場和外部電場均不為零,故C圖中試探電荷受力不為零，選項C錯誤;當(dāng)小球放在金屬球內(nèi)部，且外部接地時，則金屬球