第4节电场中的导体

第4节电场中的导体（对应人教A的1.7）情景导入知识互动知识点一、静电平衡状态：1、导体中（包括表面）处处没有电荷定向移动的状态。达到静电平衡状态时，感应电荷在导体内部产生电场E′与外加电场E的合电场场强等于零，所以导体中的自由电子不再定向移动。2．处于静电平衡状态导体的特点：①导体内部场强处处为零疑难点拨：处于静电平衡时内部导体内部场强为零，但表面场强不为零。②导体表面上任一点场强方向与该点表面垂直，电场线与导体表面垂直。③导体是个等势体，导体表面是等势面④导体上的电荷只分布在导体的外表面上；并且在导体表面越尖锐的位置，电荷的密度越大。知识点二、静电现象及其应用1、尖端放电现象：由于导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，可以大到使周围空气分子电离的程度。电离后所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这个现象叫做尖端放电。尖端放电现象的应用：避雷针2、静电屏蔽现象：导体壳（或金属网套）可以使其内部所包围的区域不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。静电屏蔽的应用：①电子仪器和电子设备外面套有金属网罩，通讯电缆外包一层金属防护套等，可防止外电场的干扰。②电力工人高压带电作业时，全身带金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋子，可以对人体起到静电屏蔽作用，使人安全作业。归类探究类型一、静电平衡状态的应用例1、长为l的导体棒原来不带电，现将一带电量为＋q的点电荷放在距棒左端R处，如图13-4-5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________．为了方便教职工间的联系，学校给每个老师配了一部小灵通，但老师们使用过程中经常会遇到这样的提示：“你呼叫的用户不在服务区”，而明明在同一个地区却接不通信号，这是怎么回事呢？原来学校的教学楼和办公楼都是金属框架结构，相当于金属网罩，对无线电信号起屏蔽作用，难怪有些老师接打电话要打开窗户。解析：导体棒在点电荷＋q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任何一点都有两个电场，即外电场0E，附加电场——棒上感应电荷在该点形成的电场E′，达到静电平衡时0E'E．棒的中点距离＋q为r＝R＋l/2，于是202lRkqE'EE′和0E方向相反，方向向左．同理，我们还能求棒中其他点的附加电场的场强．点拨：感应电荷电量是面分布，且电量值未知，所以不能直接由2rQkE来求，只能利用静电平衡的性质来求．变式题、一金属球，原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图13-4-6所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为cbaEEE、、，三者相比，则()．A．aE最大B．bE最大C．cE最大D．cbaEEE解析：导体处于静电平衡时，a、b、c三点的场强都为零。任何一点的场强都是感应电荷在该点产生的电场的场强与MN在这一点形成的电场的矢量和，故两场强等大反向，比较a、b、c三点感应电场的场强，实质上是比较带电体MN在这三点的场强。由于c点离MN最近，故MN在c点的场强最大，感应电荷在c点场强也最大．正确答案为C项。答案：C类型二、静电感应现象的应用例题、如图13—4—1所示，Q是一个绝缘金属导体，把一个带正电的绝缘金属球P移近Q，由于静电感应，A端电荷量大小为qA，B端电荷量大小为qB，则A．用手接触一下Q的A端，拿走P后Q带正电B．用手接触一下Q的B端，拿走P后Q带负电C．导体Q上，qA＞qBD．导体Q上，qA＝qB解析：由于静电感应，离金属球P最近的A端将感应出负电荷，电量大小为qA，在远端B处感应出等量大小的正电荷qB，因而D项正确．当用手接触Q的任一部分时，Q、人与大地构成一个新导体，近端仍属A端，出现负电荷，远端为地球的另一侧，出现正电．当手离开Q后，无论是否再移走P，Q都带负电，选项B正确．答案BD．点拨：分析该类问题要抓住形成“新导体”和“近端、远端”这一关键，只要组成一个新导体，电荷就会重新分布。在新导体的近端总是出现异种电荷，在新导体的远端总是出现同种电荷。变式题：如图13—4—3所示，把一个带正电的点电荷向放在绝缘支架上的原来不带电的接地导体移近，达到静电平衡后，该接地导体A．左端有负电荷分布，右端有正电荷分布B．只有右端有正电荷分布，导体内部场强处处为零C．只有左端有负电荷分布D．导体上感应电荷在导体中产生的电场强度处处不为零答案：CD导体上感应电荷在导体中产生的电场强度跟靠近的正点电荷在导体中产生的电场强度的合场强为零．当堂检测1、如图所示，A为空心金属球，半径为R，球外正点电荷的电量为Q，到球心O的距离为r，下面哪个选项是感应电荷的电场在球心处的场强大小和方向：（）A．，背离QB．，背离QC．，指向QD．零1。C解析：由于＋Q和球外表面感应电荷在球内O点的产生的场强矢量和为零，故感应电荷的电场在球心处的场强大小为，方向与Q在那一点产生的场强方向相反，指向Q。2、如图所示，在真空中把一绝缘导体向带负电的小球A缓慢地靠近（不相碰），则下列说法中正确的是（）A、M端的感应电荷越来越多B、导体内场强越来越大C、感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强D、感应电荷在M点和N点产生的场强相等2、AC解析：绝缘体向带电体移动过程中，导体中电荷受到的外电场的作用力变大，使电荷不断移动，故选项A正确。由于导体缓慢移动，所以移动过程中导体可视为总是处于静电平衡状态，其内部场强应等于零，故B错误。要使合场强等于零，感应电荷在M、N两点的场强应与带电小球A在M、N产生的场强大小相等，方向相反，由E=KQ/r2可知C选项正确，D错误。3、如图l一4—4所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷+Q，a、b点是金属板右侧表面附近的两点，其中a到+Q的距离较小。下列说法正确的是（）A.由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电B.由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面不带电C.a、b两点的电场强度为零D.a、b两点的电场强度不为零，且a点的场强比b点的场强要大一些3。BCD解析：金属板若不接地，右侧表面将有感应的负电荷，左侧表面将有感应的等量正电荷。现金属板接地，大地上的自由电子通过接地导线上移与正电荷中和，达到静电平衡时左侧表面不带电，整个金属板的电势与大地相同，都为零。所以选项A错误，B、C正确。金属板接地时，右侧表面上仍有感应负电荷，但a距Q较近，a点附近的电荷面密度（单位表面面积的电荷量）比b点附近的电荷面密度要大些，场强要大些，电场线也密一些；选项D也正确，C选项错误．课时训练1、关于静电感应和静电平衡以下说法正确的是：（）A．静电感应是由于导体内的自由电子受电场力的作用结果B．导体内的自由电荷都不运动称为静电平衡C．导体静电平衡时，导体所占空间各处场强均为零NMAD．导体静电平衡时，导体内部将没有多余的电荷1、AD解析：静电平衡是由于导体内的自由电荷，由于受电场力的作用而发生定向移动，最后达到稳定后的状态，A选项正确。达到静电平衡后，自由电子不再定向移动，但是仍然做无规则的热运动，B选项错误；处于静电平衡的导体，电荷只分布在外表面上，内部没有“净”电荷，D选项正确；导体静电平衡时，内部场强为零，但表面场强不为零，C选项错误。2．一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是下图中的哪一个？2、B解析：静电平衡时，金属体内，外加电场和感应电荷的电场等大反向，总电场强度为0，无电场线，单外部电场依然存在3、某农村小塑料场的高频热合机（焊缝用）产生的电磁波频率和电视信号频率接近，由于该村尚未接通有线电视信号，空中的信号常常受到干扰，在电视荧屏上出现网状条纹，影响正常收看．为了使电视机不受干扰，可采取的办法是：（）A．将电视机用一金属笼子罩起来B．将电视机用一金属笼子罩起来，并将金属笼接地C．将高频热合机用一金属笼子罩起来D．将高频热合机用一金属笼子罩起来，并将金属笼接地3。D解析：为了使电视机能接收电磁波信号，但又不接收高频热合机（焊缝用）产生的电磁波，应将高频热合机（焊缝用）产生的电磁波信号屏蔽，而接地金属网套具有屏蔽内电场的作用，故选项D正确。4、如图所示，A为空心金属球壳，将另一带正电的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手摸一下A球，再移走C球，则（）A.A球带负电，B.A球带正C.A球不带电D.无法判断4、A解析：首先带正电的小球C从A球开口处放入A球中央．根据静电感应现象可知，A球内表面感应出负电荷，外表面感应出正电荷。手接触A相当于A接地，由地面上来的电子与A球表面正电荷中和，使A球外表面不带电。C球移走后，带电导体重新处于静电平衡状态时，导体内部和空腔内表面均没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面，A球内表面负电荷移至外表面，选项A正确的。5.如图所示，把一个带正电的小球放人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5、A解析：小球与金属球壳接触，就成了一个导体，由于静电平衡的导体电荷只分布在外表面上，故小球和内壁都不带电，正电荷分布在球壳外表面。A选项正确。6、如图所示，在一电场强度有E的匀强电场中放一金属空心导体，图中a、b分别为金属导体内部与空腔中的两点，则().(A)a、b两点的电场强度都为零(B)a点电场强度为零，b点不为零(C)a点电场强度不为零，b点为零(D)a、b两点电场强度均不为零6、A解析：由于静电平衡状态的在导体内部场强为零，故EA＝0；由于静电屏蔽，球壳的场强也为零，EB＝0。选项A正确。7、将悬在细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内（不和球壁接触），另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，于是：（）A．A球往左偏离竖直方向，B球往右偏离竖直方向B．A球的位置不变，B球往右偏离竖直方向C．A球往左偏离竖直方向，B球的位置不变D．A和B的位置都不变7、B解析：由于C球的静电屏蔽作用，B产生的电场不影响球壳内电场的分布，故球内电场不变，A球的位置不变；由于静电感应，在C球壳的内表面感应出负电荷，在外表面感应出正电荷，感应正电荷与带负电的B球相互吸引，故B球右偏，选项B正确。8、如图，在真空中有两个点电荷A和B，电量分别为－Q和＋2Q，它们相距L，如果在两点电荷连线的中点O有一个半径为r（2r＜L）的空心金属球，且球心位于O点，则球壳上的感应电荷在O点处的场强大小________方向_________．8、212kQL，方向沿AB连线指向B解析：两个点电荷和金属球上的感应电荷在O点产生的场强矢量和为零，故球壳上的感应电荷在O点处的场强与两点电荷在O点产生的场强大小相等，方向相反。222212()()22kQkQkQELLL，方向沿AB连线指向B。