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第十一章電場(chǎng),專(zhuān)題分析,第五課時(shí)靜電感應(yīng)和靜電平衡,1.條件：將導(dǎo)體靠近帶電體（把導(dǎo)體放入電場(chǎng)中）,專(zhuān)題一靜電感應(yīng)現(xiàn)象,2.本質(zhì)：電子在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng),造成導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在導(dǎo)體內(nèi)重新分布,產(chǎn)生感應(yīng)電荷.,3.規(guī)律：導(dǎo)體的近端出現(xiàn)與帶電體異種電荷,在遠(yuǎn)端出現(xiàn)等量的同種電荷,4.應(yīng)用：在判斷由于靜電感應(yīng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電荷問(wèn)題時(shí)，首先要確定產(chǎn)生電場(chǎng)的帶電體的電性，其次確定感應(yīng)導(dǎo)體的遠(yuǎn)端和近端(離帶電體最遠(yuǎn)的一端和最近的一端)，最后根據(jù)“近端感應(yīng)出與帶電體電性相反的電荷，遠(yuǎn)端感應(yīng)出與帶電體電性相同的電荷”確定各端感應(yīng)電荷的電性．,例1．如圖所示，A、B是兩個(gè)絕緣金屬導(dǎo)體，把一個(gè)帶正電的絕緣金屬球P移近A，由于靜電感應(yīng)，a端電荷量大小為qa，b端電荷量大小為qb，則：（）A.導(dǎo)體A、B上，qa＞qbB.導(dǎo)體A、B上，qa＝qbC.先撤走P，再將A、B分開(kāi)后，A帶負(fù)電，B帶正電D.先將A、B分開(kāi)，再撤走P后，A帶負(fù)電，B帶正電,BD,程序法判別感應(yīng)電荷．,例2.如圖所示，一個(gè)原來(lái)不帶電的中空金屬球殼，上開(kāi)一個(gè)小孔，若將一個(gè)帶負(fù)電的小球放入且不與球殼接觸，則球殼外表面帶______電，內(nèi)表面帶______電；若用手接觸一下球殼后球殼內(nèi)表面帶______電，外表面______；,正,負(fù),正,不帶電,靜電感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)是電子在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng),造成導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在導(dǎo)體內(nèi)重新分布,產(chǎn)生感應(yīng)電荷.,靜電感應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律是在導(dǎo)體的近端出現(xiàn)與帶電體異種電荷,在遠(yuǎn)端出現(xiàn)等量的同種電荷.要分清近端與遠(yuǎn)端,首先分清研究對(duì)象是哪一部分導(dǎo)體,研究對(duì)象相對(duì)于帶電體而言最近的一端是近端,最遠(yuǎn)的一端是遠(yuǎn)端.,1.靜電平衡狀態(tài),導(dǎo)體中（包括表面）沒(méi)有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)，叫做靜電平衡狀態(tài)．,專(zhuān)題二靜電平衡狀態(tài)的特點(diǎn),2.靜電平衡狀態(tài)的特點(diǎn),⑴導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零,導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零,是指在導(dǎo)體內(nèi)部的任意一點(diǎn)外加電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)都是大小相等,方向相反,合場(chǎng)強(qiáng)為零.,內(nèi)部:金屬導(dǎo)體內(nèi)部是指金屬材料所占的空間(除表面外);拓展:對(duì)于空腔導(dǎo)體,如果空腔內(nèi)沒(méi)有帶電體的話(huà),空腔內(nèi)合場(chǎng)強(qiáng)處處為零.空腔也可以認(rèn)為導(dǎo)體“內(nèi)部”.,⑶凈電荷只能分布在外表面上,⑵導(dǎo)體表面任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與該處表面垂直,施感電荷和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在導(dǎo)體表面處的合場(chǎng)強(qiáng)與表面處處垂直.對(duì)于球面上某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向沿該處半徑方向.,凈電荷是指導(dǎo)體內(nèi)正、負(fù)電荷中和后所剩下的多余電荷.這里說(shuō)的凈電荷可以是靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電荷,也可以是一個(gè)孤立的帶電體所帶的電荷;這里的表面為外表面,但是內(nèi)外是相對(duì)的.,⑷導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是一個(gè)等勢(shì)面。,例1.長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒原來(lái)不帶電，現(xiàn)將一帶電量為q的點(diǎn)電荷放在棒左端，距棒為R，如圖所示，當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)O處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向如何？,解析：靜電感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電荷電量是面分布，且電量值未知，所以不能直接由真空中點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式來(lái)求得它們?cè)谇蛐腛處的場(chǎng)強(qiáng)。因此采取變換研究對(duì)象的方法，將感應(yīng)電荷換成施感電荷，問(wèn)題就迎刃而解了。,方向沿點(diǎn)電荷和棒內(nèi)中點(diǎn)連線(xiàn)向左,注意題目的三種問(wèn)法：是問(wèn)施感電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)還是感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)還是合場(chǎng)強(qiáng)。,,,例2.A、B兩點(diǎn)間相距0.30m，在A(yíng)點(diǎn)放一個(gè)帶電量為的正電荷，在B點(diǎn)放一個(gè)帶電量為的負(fù)電荷.在兩個(gè)點(diǎn)電荷連線(xiàn)上方放一個(gè)半徑為0.15m的金屬球，球心O到A點(diǎn)和B點(diǎn)的距離都是0.30m，則金屬球上感應(yīng)電荷在球心處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小為_(kāi)______________。請(qǐng)你在圖上畫(huà)出場(chǎng)強(qiáng)方向示意圖。,1.0103N/C,解析：導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零,是指在導(dǎo)體內(nèi)部的任意一點(diǎn)外加電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)都是大小相等,方向相反,合場(chǎng)強(qiáng)為零.,變換研究對(duì)象，等效替換。類(lèi)似于根據(jù)牛頓第三定律轉(zhuǎn)化研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,例3.在孤立點(diǎn)電荷＋Q的電場(chǎng)中，金屬圓盤(pán)A處于靜電平衡狀態(tài)。若金屬圓盤(pán)平面與點(diǎn)電荷在同一平面內(nèi)，在圓盤(pán)A內(nèi)a、b、c三點(diǎn)標(biāo)出由盤(pán)上感應(yīng)電荷形成的附加電場(chǎng)的三條電場(chǎng)線(xiàn)(用實(shí)線(xiàn)表示，要求嚴(yán)格作圖)。,首先認(rèn)真審題.題目求的是在金屬盤(pán)內(nèi)部感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)的電場(chǎng)線(xiàn).我們是借助孤立點(diǎn)電荷+Q在金屬盤(pán)內(nèi)部形成電場(chǎng)的電場(chǎng)線(xiàn)來(lái)畫(huà)的.注意區(qū)分實(shí)線(xiàn)和虛線(xiàn)．,解析：導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零,是指在導(dǎo)體內(nèi)部的任意一點(diǎn)外加電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)都是大小相等,方向相反,合場(chǎng)強(qiáng)為零.即感應(yīng)電荷的電場(chǎng)線(xiàn)與點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)線(xiàn)重合，處處疏密程度相同,電場(chǎng)線(xiàn)處處反向．,例4.在水平地面上放置的光滑金屬板的上表面絕緣,在其中心正上方有一帶正電Q的金屬小球（可視為質(zhì)點(diǎn)，且不影響原電場(chǎng)）自左以初速度v0向右運(yùn)動(dòng)，則在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中（）A.小球做先減速后加速運(yùn)動(dòng)B.小球做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)C.小球受到電場(chǎng)力的沖量為零D.小球受到電場(chǎng)力做的功為零,由于金屬板處于點(diǎn)電荷Ｑ形成的電場(chǎng)中瞬間達(dá)到靜電平衡后，在水平放置金屬板的上表面上電場(chǎng)線(xiàn)是垂直表面豎直向下，所以小球運(yùn)動(dòng)時(shí)只在豎直方向上受力的作用，在水平方向上不受力的作用，故小球做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．根據(jù)沖量的概念和力做功的條件，小球受到的電場(chǎng)力沖量不為零而做功為零．,BD,“船到橋頭自然直”,例5.一個(gè)帶絕緣座的空心金屬球A帶有410-8C的正電荷,有絕緣柄的金屬小球B帶有210-8C的負(fù)電荷,使B球和A球的內(nèi)壁接觸,如圖所示,則A、B各帶電荷量為（）,A.QA=10-8C,QB=10-8CB.QA=210-8C,QB=0C.QA=0,QB=210-8CD.QA=410-8C,QB=-210-8C,B,解析：兩個(gè)帶電金屬球B和A帶異種電荷,發(fā)生接觸起電現(xiàn)象,首先中和掉B球所帶的負(fù)電荷,然后剩余凈電荷+210-8C為A、B兩個(gè)小球所共有再重新分配.把A、B看成一個(gè)導(dǎo)體,其凈電荷應(yīng)該分布在整個(gè)導(dǎo)體的外表面上即A的外表面上,這樣B球就不帶電了.,接觸起電現(xiàn)象的規(guī)律是”先中和,后重新分配”只有兩個(gè)完全相同的金屬球接觸起電才平分電量.,“內(nèi)”“外”是相對(duì)于研究的導(dǎo)體而言的.,例6．Q為帶負(fù)電的絕緣小球，AB為一不帶電的中性導(dǎo)體且放在Q附近，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)，下面判斷正確的是：（）A.A端的電勢(shì)高于B端的電勢(shì)B.以無(wú)限遠(yuǎn)為零電勢(shì)點(diǎn)，導(dǎo)體AB的電勢(shì)高于零C.A、B兩端電勢(shì)相等D.導(dǎo)體內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)方向是由A指向B,C,解析：AB導(dǎo)體放在Q附近,發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象,A端出現(xiàn)正感應(yīng)電荷,B端出現(xiàn)等量負(fù)感應(yīng)電荷,瞬間達(dá)到靜電平衡狀態(tài),導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零,導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體.電場(chǎng)線(xiàn)從無(wú)窮遠(yuǎn)出發(fā),經(jīng)AB導(dǎo)體到Q中止,沿電場(chǎng)線(xiàn)方向,電勢(shì)不斷降低.所以AB導(dǎo)體的電勢(shì)小于零.,A端帶正電,B端帶負(fù)電,不要想當(dāng)然地認(rèn)為A端的電勢(shì)比B端的電勢(shì)高.,例7．為一空腔球形導(dǎo)體(不帶電)，現(xiàn)將一個(gè)帶正電的小金屬球放入腔中，當(dāng)靜電平衡時(shí)，圖中A、B、C三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E和電勢(shì)φ的關(guān)系是：（),,D,解析：畫(huà)出靜電平衡時(shí)空間的電場(chǎng)線(xiàn)分布,各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小和電勢(shì)高低一目了然.(等效和疊加思想),,,,1.定義：導(dǎo)體殼或金屬網(wǎng)罩（無(wú)論接地與否）可以把外部電場(chǎng)遮住，使其內(nèi)部不受外電場(chǎng)的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽．,專(zhuān)題三靜電屏蔽及其應(yīng)用,2.內(nèi)屏蔽和外屏蔽：,處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，外加電場(chǎng)和金屬網(wǎng)罩上的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部互互疊加使內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，所以能使導(dǎo)體殼內(nèi)或金屬網(wǎng)罩內(nèi)的區(qū)域不受外部電場(chǎng)的影響．,⑵外屏蔽：接地的封閉的金屬殼對(duì)外部空間沒(méi)有影響,⑴內(nèi)屏蔽：金屬殼內(nèi)部空間不受外部電場(chǎng)的影響,B,A圖屬于內(nèi)屏蔽，C圖屬于外屏蔽。,注意觀(guān)察：B圖和C圖不同。金屬網(wǎng)罩一個(gè)接地，一個(gè)不接地。,例2．將懸在細(xì)線(xiàn)上的帶正電的小球A放在不帶電的的金屬空心球C內(nèi)(不和球壁接觸)，另有一個(gè)懸掛在細(xì)線(xiàn)上的帶負(fù)電的小球B向C靠近，則A球的位置_______，B球的位置______________。,不變,向右偏離豎直方向,從結(jié)果上考慮.不管C是否接地,是否帶電,都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)屏蔽;只有C接地,才會(huì)產(chǎn)生外屏蔽.A球通過(guò)靜電感應(yīng)使C的內(nèi)外殼分別帶等量負(fù)電和正電，等效于C球外表面的正電荷對(duì)B球吸引，所以B球往右偏離豎直方向。,B球上的負(fù)電荷和它在空心球C上的感應(yīng)電荷在空心球內(nèi)部產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)處處為零,而B(niǎo)球上的負(fù)電荷和它在空心球C上的感應(yīng)電荷在空心球殼C內(nèi)部產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)其中的帶電體的電場(chǎng)力F=qE=0.,A球通過(guò)靜電感應(yīng)使C球的內(nèi)、外表面分別帶上與A球等量負(fù)電荷和正電荷.C球內(nèi)表面的負(fù)電荷的中心與A球重合,兩者電量相等,代數(shù)和為零.在外部看相當(dāng)與相互抵消.只有C球外部的正電荷參與了對(duì)B球的作用.如果C球接地,則對(duì)B球便沒(méi)有作用了,這就形成了外屏蔽.,