1.4 电场中的导体 学案 (4)

1.4
电场中的导体
学案4
学习目标
1．知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态
2．理解静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零
3．知道静电屏蔽及其应用
4．经历分析放在电场中的导体达到静电平衡的过程
学习重点
静电平衡状态
电场中导体的特点
知识梳理
一、静电平衡状态下导体的电场
1．静电平衡状态：导体中(包括表面)________不再发生移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态．
2．静电平衡状态下导体的特点：
(1)处于静电平衡状态的导体，内部____________处处为零．
(2)处于静电平衡状态的整个导体是一个________，它的表面是一个等势面．
(3)表面处的场强不为零，表面处的场强方向跟导体表面________．
答案
1.自由电子
2.(1)场强
(2)等势体
(3)垂直
二、导体上电荷的分布
1．处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在________．
2．在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积上的电荷量)________，凹陷的位置________电荷．
答案
1.外表面
2.越大
几乎没有
三、尖端放电
1．电离：使空气分子中的________分离，这种现象叫做空气的电离．
2．尖端放电：导体尖端的电荷密度很大，附近的____________很强，使周围中性空气分子电离，变成带电粒子，这些带电粒子在强电场加速下，会使更多的空气分子电离，产生大量的____________，与导体尖端的电荷符号相反的粒子被________到尖端，跟尖端上的电荷________，这相当于尖端________电荷，这种现象叫做尖端放电．
3．应用与防止：①应用：________；②防止：高压输电设备的表面尽量做得光滑，避免放电．
答案
1.正负电荷
2.电场
带电粒子
吸引
中和
失去
3.避雷针
四、静电屏蔽
导体处于静电平衡时，内部场强处处为零，表现为电中性，若导体是空腔的，空腔部分的____________也处处为零，无论导体外部的电场是什么样的，电场都不会____________导体内部，金属壳的这种作用叫做静电屏蔽．
答案
场强
深入
例题精讲
例1
长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为＋q的点电荷放在距棒左端R处，如图所示．当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒内中点处产生的场强大小等于________，方向为________．
解析
达到静电平衡后的导体棒，其内部合场强处处为零，此合场强为点电荷q和导体棒上感应电荷分别在O处产生的场强的矢量和，因此两场强应大小相等、方向相反．欲知感应电荷在O处产生的场强大小，只需求q在O处的场强，该场强的大小E＝，方向水平向右．所以，感应电荷在O处产生的场强大小E＝，方向与q在O处的场强方向相反，即水平向左．
答案
水平向左
点拨与技巧
(1)解决此类问题通常根据静电平衡原理、感应电荷产生的场强E′与原场强E0关系，把求感应电荷的场强转化为原来的场强．
(2)注意：E′与E0关系是等大反向，合场强为零，解题首先要弄清求的是感应电荷的场强还是合场强．
例2
如图所示为一空腔球形导体(不带电)，现在将一个带正电的小金属球A放入空腔中，当静电平衡时，图中a、b、c三点的场强E和电势φ的关系是(
)
A．Ea>Eb>Ec，φa>φb>φc
B．Ea＝Eb>Ec，φa＝φb>φc
C．Ea＝Eb＝Ec，φa＝φb>φc
D．Ea>Ec>Eb，φa>φb>φc
解析
画出空腔导体内外的电场线分布，可以看出Eb＝0，但φb＞0，由内向外电势依次降低，φa＞φb＞φc；由电场线疏密可看出Ea＞Ec＞Eb.处于静电平衡的导体内部场强处处为零，导体是一个等势体，但其电势并不一定为零．
答案
D
点拨与技巧
本题应先找出原电场，再找出哪是电场中的导体，然后由本节知识求解．
当堂练习
1．用金属罩把验电器罩住，然后靠近带电金属球，验电器的箔片不张开．下列说法正确的是(　　)
A．金属球上的电荷产生的电场被金属罩挡在外面
B．金属罩上的感应电荷的电场被金属罩挡在外面
C．金属罩上的感应电荷的电场和金属球上的电荷的电场都不能被挡在外面，只是这两个电场在罩中区域的合电场为零
D．以上说法都不正确
答案　C
解析　验电器不受外电场的影响并不是金属球上的电荷没有在罩中区域激发电场，而是被金属罩上的感应电荷在该区域激发的电场抵消，所以从效果上来看，罩内区域不受外界电场的影响，仿佛罩子把外电场“挡住”一样，故选项C正确．
2．使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开．下列各图表示验电器上的感应电荷的分布情况，正确的是(　　)
答案　B
解析　验电器的金属球、金属杆和锡箔片是同一个导体，处在点电荷的电场中，根据静电感应的规律，近端感应异号电荷，远端感应同号电荷，可知B项正确．
3．在下列措施中，哪些能将产生的静电导走(　　)
A．飞机轮子上搭地线
B．印染车间保持湿度
C．复印图片
D．电工钳柄上装有绝缘套
答案　AB
解析　飞机在飞行中与空气摩擦时，飞机外表面聚集了大量静电荷，降落时会给地面人员带来危害及火灾隐患．因此飞机降落时要及时导走机身聚集的静电，采取的措施是在轮胎上安装地线或用导电橡胶制造轮胎；在印染工作车间也同样容易产生静电，静电给车间带来火灾隐患，为防止火灾发生，其中安全措施之一就是保持车间湿度，从而通过湿润的空气及时导走静电；在复印图片环节中，是应用静电；在电工钳柄上装有绝缘套是防止导电，保障电工的安全．
【反思】
收获
疑问