高中物理課件 第1章 第4節(jié) 電場中的導(dǎo)體.ppt_第1頁
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文檔簡介

1、第一章,第四節(jié),新知,預(yù)習(xí),巧設(shè),名師課堂一知半解,創(chuàng)新練習(xí),閱讀教材,填寫要點(diǎn),課堂檢查和總結(jié),課后作業(yè)綜合改進(jìn),用技能夯實(shí)基礎(chǔ),知道場強(qiáng)疊加原理,知道它遵循平行四邊形法則。2了解靜態(tài)平衡態(tài)的概念,了解導(dǎo)體在靜態(tài)平衡態(tài)時(shí),內(nèi)部場強(qiáng)處處為零。3了解靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用。閱讀課本并填寫要點(diǎn)。首先,場強(qiáng)疊加原理如果幾個電荷同時(shí)存在,根據(jù)場強(qiáng)的定義和庫倫力的疊加,可以知道電場中任何一點(diǎn)的電場強(qiáng)度等于這些點(diǎn)電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度。二、靜電平衡和靜電屏蔽1。電場中的導(dǎo)體是靜電感應(yīng)的,其內(nèi)部在電場力的作用下會向電場方向移動,從而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電荷現(xiàn)象。相反,2靜電平衡(1)定義了:導(dǎo)體中沒有電荷的狀態(tài)。

2、(2)特性:導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)無處不在;電荷只分布在導(dǎo)體上。表面上任何點(diǎn)的場強(qiáng)方向都垂直于該點(diǎn)的表面。移動,外表面,零,3靜電屏蔽(1)定義:當(dāng)空心導(dǎo)體到達(dá)時(shí),內(nèi)部沒有電場,因此導(dǎo)體的外殼將屏蔽它,使其內(nèi)部不受影響。(2)用途:外面有電子儀器設(shè)備,通信電纜外面有一層,高壓線路等維護(hù)人員應(yīng)佩戴。所有這些都利用靜電屏蔽現(xiàn)象來消除外部電場的影響。靜電平衡、電場、金屬外殼、內(nèi)部、金屬網(wǎng)、屏蔽服,關(guān)鍵是處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零,這是兩種電場疊加的結(jié)果。嘗試用手夯實(shí)基礎(chǔ),且場強(qiáng)1的疊加遵循_ _ _ _ _ _規(guī)則。答:平行四邊形,2導(dǎo)體在靜電平衡時(shí),內(nèi)部場強(qiáng)處處為零,因?yàn)?A)外部電場不能進(jìn)入導(dǎo)體

3、,B)導(dǎo)體內(nèi)所有感應(yīng)電荷產(chǎn)生的組合場強(qiáng)為零,C)外部電場和導(dǎo)體內(nèi)所有感應(yīng)電荷疊加的結(jié)果都在零以上,這是不正確的。分析:靜電平衡的原因是導(dǎo)體中外電場E和感應(yīng)電荷電場E的疊加,即大小相等,方向相反,所以內(nèi)部合成場強(qiáng)E為0。答:C,3靜電屏蔽現(xiàn)象還包括消除內(nèi)部帶電體對_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _回答:為什么鳥在通電的鳥籠里仍然安全、健康? 答:由于靜電屏蔽效應(yīng),電荷

4、只分布在鳥籠的外表面,鳥籠內(nèi)的場強(qiáng)為零。因此,鳥在籠子里是安全和健康的。(1)電場中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度是電荷在每個點(diǎn)單獨(dú)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的矢量和。這種關(guān)系稱為電場強(qiáng)度的疊加。例如,圖141中點(diǎn)p處的電場強(qiáng)度等于Q1在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度E1和Q2在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度E2的矢量和。圖141,(2)一個相對較大的帶電體的電場可以分成幾個小塊,每個小塊被認(rèn)為是點(diǎn)電荷,它是用點(diǎn)電荷電場疊加的方法計(jì)算出來的。圖142,(1)電場強(qiáng)度是矢量,電場強(qiáng)度的疊加本質(zhì)上是矢量疊加,因此應(yīng)使用平行四邊形法則。(2)電場的疊加也是電場與普通物質(zhì)的一個重要區(qū)別。1.如圖143所示,在真空中,當(dāng)電荷a和電荷b之間的距離靜電感應(yīng)

5、現(xiàn)象的解釋當(dāng)處于電中性狀態(tài)的金屬導(dǎo)體被置于場強(qiáng)為E0的靜電場時(shí),導(dǎo)體中的自由電子將受到與場強(qiáng)E0相反的電場力的作用。除了做不規(guī)則的熱運(yùn)動,自由電子也將在電場E0的相反方向上定向運(yùn)動,如圖144A所示,并聚集在導(dǎo)體的一側(cè),導(dǎo)致負(fù)電荷出現(xiàn)在該側(cè),而“過量”的等效正電荷出現(xiàn)在相反側(cè),如圖B所示.電荷重新分布后,電荷將不再在導(dǎo)體內(nèi)部和表面移動。我們說導(dǎo)體此時(shí)處于靜電平衡。圖144,3導(dǎo)體的靜平衡條件:0在E中由于靜電感應(yīng),導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)相等的不同電荷,導(dǎo)體內(nèi)部形成與場強(qiáng)E0相反的場強(qiáng)E。導(dǎo)體中任何一點(diǎn)的場強(qiáng)都可以用E0E來表示。因?yàn)楦郊与妶鯡的方向和外部電場E0的方向相反,疊加會削弱導(dǎo)體內(nèi)部的電場。隨著

6、導(dǎo)體兩側(cè)的感應(yīng)電荷繼續(xù)增加,附加電場E增加,組合場強(qiáng)E將逐漸降低。當(dāng)e為0時(shí),自由電子的定向運(yùn)動也停止,如圖c所示。靜平衡中導(dǎo)體的特性導(dǎo)體的內(nèi)部場強(qiáng)處處為零,沒有電場線,凈電荷分布在導(dǎo)體的外表面。5靜電屏蔽的兩種情況:(1)導(dǎo)體外部的電場不會影響導(dǎo)體內(nèi)部,如圖145所示;(2)接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場不會影響導(dǎo)體外部,如圖146所示,如圖146所示。(1)金屬導(dǎo)體建立靜電平衡狀態(tài)的時(shí)間很短。(2)當(dāng)靜電平衡時(shí),導(dǎo)體表面的電荷分布通常是不均勻的。它越尖銳,電荷分布密度越高,附近的場強(qiáng)越強(qiáng)。2.如圖147所示,一根長度為L的金屬細(xì)棒最初是不帶電荷的,一個電荷為Q的點(diǎn)電荷從它的右端放在D處。問:(1)導(dǎo)體

7、棒中點(diǎn)O處的場強(qiáng)是多少?(2)導(dǎo)體棒中點(diǎn)處感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)是多少?圖147,思路指出,在計(jì)算導(dǎo)體內(nèi)部某一點(diǎn)感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)時(shí),首先要分析該點(diǎn)外電場的場強(qiáng)和方向,然后利用靜電場導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零的靜態(tài)平衡條件計(jì)算感應(yīng)電荷的電場。1(對應(yīng)于點(diǎn)1)如圖148所示,正六邊形的每個頂點(diǎn)a和c上有一個帶正電荷的點(diǎn)電荷,每個頂點(diǎn)b和d上有一個帶負(fù)電荷的點(diǎn)電荷,電荷都是q2和q1q2。眾所周知,六邊形中心O點(diǎn)的場強(qiáng)可以用圖中四條有向線段之一來表示,即()圖148 AE1 BE2 CE3 DE4。根據(jù)正六邊形的對稱性,A和D的場強(qiáng)方向從O點(diǎn)到D點(diǎn),而B和C的場強(qiáng)方向分別指向B和C的相反方向,場強(qiáng)的大小用線段的長度表示。(對應(yīng)于點(diǎn)2)金屬球最初不帶電荷,現(xiàn)在沿球直徑的延長線放置均勻帶電的細(xì)棒MN。如圖149所示,金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度分別為球內(nèi)徑上的Ea、Eb和Ec。與三個相比,()AEa最大BEb最大CEc最大DEaEbEc。因此,點(diǎn)A、點(diǎn)B和點(diǎn)C的場強(qiáng)都是零,靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)部的零場強(qiáng)是感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場和外部電場疊加的結(jié)果,因此在球體中某一點(diǎn)感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場的場強(qiáng)與MN在該點(diǎn)形成的電場的場強(qiáng)相反。比較三點(diǎn)A、B和C處感應(yīng)電場的場強(qiáng)實(shí)質(zhì)上是比較帶電細(xì)棒MN a的場強(qiáng)(2)對于處于靜態(tài)平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,場強(qiáng)應(yīng)分為表面場強(qiáng)、內(nèi)部場強(qiáng)、原

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