《電場中的導(dǎo)體》教學(xué)設(shè)計一、引入1．如果有幾個點電荷同時存在，電場中任一點的電場強度等于這幾個點電荷各自在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和，叫場的疊加。2．處在電場中的導(dǎo)體，當(dāng)達到靜電平衡時，內(nèi)部電場強度處處為零。3．金屬殼內(nèi)不受外部電場的影響的現(xiàn)象叫靜電屏蔽。屏蔽意為無影響，并非擋住外電場。二、教材感知（一）場強疊加原理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度等于這幾個點電荷各自在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和。這個結(jié)論叫做場強的疊加原理。2．方法場強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都可以進行疊加。（二）對場強疊加的理解（1）場強的疊加是一種解決問題的方法，相當(dāng)于等效替代，該點的實際場強等于各帶電體單獨存在時產(chǎn)生的場強的矢量和。（2）場強的疊加原理不僅適用于幾個點電荷的電場疊加，也適用于勻強電場和非勻強電場的疊加，都遵從平行四邊形定則。（3）電場的可疊加性是電場與普通物質(zhì)的重要區(qū)別。（三）點電荷的電場和電場強度的疊加（1）電場中某點的電場強度為各個點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和。場強的疊加遵循平行四邊形定則，如圖1－4－1甲所示。圖1－4－1（2）比較大的帶電體的電場，可把帶電體分成若干小塊，每一小塊看成一個點電荷，用點電荷電場疊加的方法計算。（3）均勻帶電球體（或球殼）外各點的電場強度：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1－4－1乙所示。（四）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)部場強處處為零。②電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上。（五）靜電屏蔽（1）定義：當(dāng)中空的導(dǎo)體達到靜電平衡時，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。（六）靜電平衡的分析（1）自由電荷的移動：導(dǎo)體剛放入電場中的瞬間，導(dǎo)體中的自由電荷受電場力F的作用，產(chǎn)生定向運動（如圖1－4－3甲），同時在導(dǎo)體中產(chǎn)生一個附加電場E′（如圖乙），使自由電荷又受電場力F′的作用，F(xiàn)和F′方向相反。（2）電場疊加：當(dāng)E＝E′時，導(dǎo)體內(nèi)合場強為零（如圖丙），自由電荷受合力也為零，這時導(dǎo)體中無電荷定向移動，即達到了靜電平衡狀態(tài)。（3）結(jié)論：處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場強度處處為零。圖1－4－3（七）靜電平衡時導(dǎo)體的特點（1）處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零。導(dǎo)體內(nèi)部場強為零指的是外部電場和附加電場的合場強為零，其效果相互抵消。（2）導(dǎo)體表面任一點的場強方向與該處的表面垂直。（3）凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上。（4）對于一孤立的帶電體，可視為導(dǎo)體處于自己所帶電荷的電場之中，達到靜電平衡時，也有兩個基本特點：①導(dǎo)體內(nèi)部的場強處處為零；②導(dǎo)體所帶電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上。（八）靜電屏蔽的兩種情況（1）導(dǎo)體外部的電場影響不到導(dǎo)體內(nèi)部；圖1－4－4（2）接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場影響不到導(dǎo)體外部。圖1－4－5三、典題強化1．點電荷A和B，分別帶正電和負電，電荷量分別為4Q和Q，在A、B連線上，如圖1－4－2所示，則電場強度為零的地方在（）圖1－4－2A．A和B之間B．A右側(cè)C．B左側(cè)D．A的右側(cè)及B的左側(cè)解析：因為A帶正電，B帶負電，所以只有A右側(cè)和B左側(cè)它們的電場強度方向相反，因為QA＞QB，所以只有B左側(cè)，才有可能EA與EB等大反向，因而才可能有EA和EB矢量和為零的情況。答案：C。2．具有一定厚度的空心金屬球殼的球心位置處放一正電荷，圖1－4－6中的四個圖畫出了其空間電場的電場線情況，符合實際情況的是（）圖1－4－6解析：由靜電感應(yīng)的知識可知，金屬球殼的內(nèi)表面感應(yīng)出與正電荷等量的負電荷，外表面感應(yīng)出等量的正電荷，從正電荷到球殼的內(nèi)表面的空間電場線由正電荷出發(fā)，終止于內(nèi)表面，金屬球殼部分處于靜電平衡，內(nèi)部場強為零，無電場線分布，而球殼外部電場由外表面出發(fā)，終止于無限遠處，故選項D正確。答案：D。3．（2012·福州高二檢測）如圖1－4－7所示，邊長為a的正三角形ABC的三個頂點分別固定三個點電荷＋q、＋q、－q，求該三角形中心O點處的場強。圖1－4－7審題指導(dǎo)：審本題時應(yīng)把握以下兩點：（1）O點的場強為三個電荷在該點產(chǎn)生場強的矢量和。（2）畫出示意圖，注意場強是矢量，指出方向。解析：每個點電荷在O點處的場強大小都為EA＝EB＝EC＝keq\f(q,\f(\r(3),3)a2)＝eq\f(3kq,a2)，方向如圖所示，EA與EB的夾角為120°，故EA、EB的矢量和大小EAB＝EA＝EB，方向與EC方向相同，則O點處的場強E＝EAB＋EC＝eq\f(3kq,a2)＋eq\f(3kq,a2)＝eq\f(6kq,a2)，方向由O指向C。答案：eq\f(6kq,a2)，方向由O指向C。借題發(fā)揮：場強的疊加遵循矢量運算法則，運用圖解法可以簡化思維過程。因此，作圖分析是解決此類問題的關(guān)鍵。若頂點B、C處各放一電荷時，測得A處電場強度大小為E，方向與BC邊平行沿B指向C，如圖1－4－8所示。拿走C處的電荷后，A處電場強度的情況將會是怎樣？圖1－4－8解析：根據(jù)矢量合成法則可推理知，在B、C