1.4 电场中的导体 学案 (5)

1.4
电场中的导体
学案5
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
当一个带电体靠近不带电导体时，由于导体内的自由电子受到库仑力的作用，将向着与电场相反的方向定向移动，从而使导体两端出现等量异种电荷，这就是前面学习的静电感应现象．这种定向移动是无休止的吗？电荷的移动对导体内部的电场有何影响？
1．自由电子定向移动的原因是什么？
2．此处涉及到几个电场？它们分别是来自哪里？
3．什么是静电平衡状态？为什么处于静电平衡状态的导体是等势体，它的表面是等势面？
答案
1.电子受外加电场的电场力作用而移动．
2．这里有两个电场，它们分别是外加的电场和导体内部自由电子定向移动后产生的电场．
3．在课本“静电平衡状态下导体的电场”中找答案．
二、导体上电荷的分布
在课本“研究空腔导体内表面的电荷”的演示实验中，甲、乙图对应的操作步骤有何不同？得出怎样的结论？
答案
两图中D接触了圆筒C的不同部位．
圆筒内部无电荷．
三、尖端放电
静电屏蔽
[问题情境]
1．导体的尖端与空气的电离有什么关系？
2．尖端放电是不是电荷都从导体尖端跑到空气中去了？
3．简述避雷针的避雷原理？
4．处于静电平衡状态的导体，其内部场强处处为零，若导体是空心的，则空心部分的场强怎样？
5．静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的？
答案
1、2、3答案见课本“尖端放电”部分．
4．空心部分场强为零．
5．静电屏蔽是利用“处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零”的原理对导体内部起到屏蔽作用的．
例题精讲
例1.如图所示，在孤立点电荷＋Q形成的电场中，金属圆盘A处于静电平衡状态．若金属圆盘平面与点电荷在同一平面内，试在圆盘A内作出由盘上感应电荷形成的附加电场的三条电场线(用实线表示，要求严格作图)．
答案
如图所示.
解析
圆盘A处于静电平衡状态，因此内部各点的合场强都为零，即圆盘A内的每一点处，感应电荷产生的电场强度都与点电荷＋Q在那点产生的电场强度大小相等、方向相反．
例2.
如图所示，A、B为两个带等量异号电荷的金属球，将两根不带电的金属棒C、D放在两球之间，则下列叙述正确的是(
)
A．C棒的电势一定高于D棒的电势
B．若用导线将C棒的x端与D棒的y端连接起来的瞬间，将有从y流向x的电子流
C．若将B球接地，B所带的负电荷全部流入大地
D．若将B球接地，B所带的负电荷还将保留一部分
答案
ABD
解析
由右图所示的电场线方向可知A、B、C、D的电势高低为φA＞φC＞φD＞φB.当用导线将C棒的x端与D棒的y端连接的瞬间，将有自由电子从电势低的D棒流向电势高的C棒，这时C与D已通过导线连接为一个导体了，静电平衡后，它们的电势相等，C的x端仍带负电，D的y端仍带正电，而C的右端及D的左端均不带电，即C右端的正电荷与D左端的负电荷中和掉了．当将B球接地时，一部分自由电子从低于大地电势的B球上流向大地，而一部分电子受到D棒y端正电荷的吸引而保留在靠近y的近端处，如果把带正电的A球移走，接地的B球上的负电荷才全部流入大地．
当堂练习
1.如图所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并与内壁接触，其结果是(　　)
A．只有球壳外表面带正电
B．只有球壳内表面带正电
C．球壳的内外表面都带正电
D．球壳的内表面带正电，外表面带负电
答案　A
解析　小球与金属球壳接触，就成了一个导体，由于静电平衡导体的电荷只分布在外表面上，故小球和内壁都不带电，正电荷全部分布在球壳外表面．
2．如图所示，在两个固定电荷＋q和－q之间放入两个原来不带电的导体，1、2、3、4为导体上的四个点，在达到静电平衡后，各点的电势分别是φ1、φ2、φ3、φ4，则(　　)
A．φ4＞φ3＞φ2＞φ1
B．φ4＝φ3＞φ2＝φ1
C．φ4＜φ3＜φ2＜φ1
D．φ4＝φ3＜φ2＝φ1
答案　B
解析　电场中的导体整体是一个等势体，1、2是一个等势体，3、4是一个等势体，由空间电场的分布可知，靠近正电荷的导体的电势高，所以选项B正确．
3.如图所示，在水平放置的光滑金属板中心的正上方有一正电荷Q，另一表面绝缘且带正电的金属小球(可视为质点，且正电荷Q对其无影响)从左边以初速度v0沿板向右运动．在运动过程中(　　)
A．小球做先减速后加速的运动
B．小球做匀速直线运动
C．小球所受电场力做的功为零
D．以上说法可能都不正确
答案　BC
解析　由于金属板处于点电荷Q形成的电场中，达到静电平衡后，金属板的上表面是一个等势面，表面上电场线是垂直向下的，所以小球运动时只在竖直方向上受到力的作用，故小球做匀速直线运动．由于电场力总与速度方向垂直，所以电场力做功为零．故选B、C.
【反思】
收获
疑问