新人教版物理课件：5静电感应和静电平衡.ppt

第十一章 电场,专题分析,第五课时静电感应和静电平衡,1.条件：将导体靠近带电体（把导体放入电场中）,专题一 静电感应现象,2.本质：电子在电场力的作用下定向移动,造成导体内的自由电子在导体内重新分布,产生感应电荷.,3.规律：导体的近端出现与带电体异种电荷,在远端出现等量的同种电荷,4.应用：在判断由于静电感应而产生的感应电荷问题时，首先要确定产生电场的带电体的电性，其次确定感应导体的远端和近端(离带电体最远的一端和最近的一端)，最后根据“近端感应出与带电体电性相反的电荷，远端感应出与带电体电性相同的电荷”确定各端感应电荷的电性,例1如图所示，A、B是两个绝缘金属导体，把一个带正电的绝缘金属球P移近A，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.导体A、B上，qaqbB.导体A、B上，qaqbC.先撤走P，再将A、B分开后，A带负电，B带正电D.先将A、B分开，再撤走P后，A带负电，B带正电,B D,程序法判别感应电荷,例2.如图所示，一个原来不带电的中空金属球壳，上开一个小孔，若将一个带负电的小球放入且不与球壳接触，则球壳外表面带_电，内表面带_电；若用手接触一下球壳后球壳内表面带_电，外表面_；,正,负,正,不带电,静电感应现象的本质是电子在电场力的作用下定向移动,造成导体内的自由电子在导体内重新分布,产生感应电荷.,静电感应现象的规律是在导体的近端出现与带电体异种电荷,在远端出现等量的同种电荷.要分清近端与远端,首先分清研究对象是哪一部分导体,研究对象相对于带电体而言最近的一端是近端,最远的一端是远端.,1.静电平衡状态,导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态，叫做静电平衡状态,专题二 静电平衡状态的特点,2.静电平衡状态的特点,导体内部的场强处处为零,导体内部的场强处处为零,是指在导体内部的任意一点外加电场和感应电场的场强都是大小相等,方向相反,合场强为零.,内部:金属导体内部是指金属材料所占的空间(除表面外);拓展:对于空腔导体,如果空腔内没有带电体的话,空腔内合场强处处为零.空腔也可以认为导体“内部”.,净电荷只能分布在外表面上,导体表面任一点的场强与该处表面垂直,施感电荷和感应电荷产生的电场在导体表面处的合场强与表面处处垂直.对于球面上某点的场强方向沿该处半径方向.,净电荷是指导体内正、负电荷中和后所剩下的多余电荷.这里说的净电荷可以是静电感应所产生的感应电荷,也可以是一个孤立的带电体所带的电荷;这里的表面为外表面,但是内外是相对的.,导体是一个等势体，导体表面是一个等势面。,例1.长为L的导体棒原来不带电，现将一带电量为q的点电荷放在棒左端，距棒为R，如图所示，当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强大小和方向如何？,解析：静电感应产生的感应电荷电量是面分布，且电量值未知，所以不能直接由真空中点电荷的场强公式来求得它们在球心O处的场强。因此采取变换研究对象的方法，将感应电荷换成施感电荷，问题就迎刃而解了。,方向沿点电荷和棒内中点连线向左,注意题目的三种问法：是问施感电荷产生的场强还是感应电荷产生的场强还是合场强。,例2.A、B两点间相距0.30m，在A点放一个带电量为 的正电荷，在B点放一个带电量为 的负电荷.在两个点电荷连线上方放一个半径为0.15m的金属球，球心O到A点和B点的距离都是0.30m，则金属球上感应电荷在球心处产生的场强大小为_。请你在图上画出场强方向示意图。,1.0103N/C,解析：导体内部的场强处处为零,是指在导体内部的任意一点外加电场和感应电场的场强都是大小相等,方向相反,合场强为零.,变换研究对象，等效替换。类似于根据牛顿第三定律转化研究对象进行受力分析,例3.在孤立点电荷Q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，在圆盘A内a、b、c三点标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)。,首先认真审题.题目求的是在金属盘内部感应电荷产生的附加电场的电场线.我们是借助孤立点电荷+Q在金属盘内部形成电场的电场线来画的.注意区分实线和虚线,解析：导体内部的场强处处为零,是指在导体内部的任意一点外加电场和感应电场的场强都是大小相等,方向相反,合场强为零.即感应电荷的电场线与点电荷Q的电场线重合，处处疏密程度相同,电场线处处反向,例4.在水平地面上放置的光滑金属板的上表面绝缘,在其中心正上方有一带正电Q的金属小球（可视为质点，且不影响原电场）自左以初速度v0向右运动，则在运动过程中（）A.小球做先减速后加速运动B.小球做匀速直线运动C.小球受到电场力的冲量为零D.小球受到电场力做的功为零,由于金属板处于点电荷形成的 电场中瞬间达到静电平衡后，在水平放置金属板的上表面上电场线是垂直表面竖直向下，所以小球运动时只在竖直方向上受力的作用，在水平方向上不受力的作用，故小球做匀速直线运动根据冲量的概念和力做功的条件，小球受到的电场力冲量不为零而做功为零,B D,“船到桥头自然直”,例5.一个带绝缘座的空心金属球A带有410-8C的正电荷,有绝缘柄的金属小球B带有210-8C的负电荷,使B球和A球的内壁接触,如图所示,则A、B各带电荷量为（）,A.QA=10-8C,QB=10-8C B.QA=210-8C,QB=0 C.QA=0,QB=210-8C D.QA=410-8C,QB=-210-8C,B,解析：两个带电金属球B和A带异种电荷,发生接触起电现象,首先中和掉B球所带的负电荷,然后剩余净电荷+210-8C为A、B两个小球所共有再重新分配.把A、B看成一个导体,其净电荷应该分布在整个导体的外表面上即A的外表面上,这样B球就不带电了.,接触起电现象的规律是”先中和,后重新分配”只有两个完全相同的金属球接触起电才平分电量.,“内”“外”是相对于研究的导体而言的.,例6Q为带负电的绝缘小球，AB为一不带电的中性导体且放在Q附近，达到静电平衡状态时，下面判断正确的是：（）A.A端的电势高于B端的电势 B.以无限远为零电势点，导体AB的电势高于零 C.A、B两端电势相等 D.导体内的场强方向是由A指向B,C,解析：AB导体放在Q附近,发生静电感应现象,A端出现正感应电荷,B端出现等量负感应电荷,瞬间达到静电平衡状态,导体内部场强处处为零,导体是一个等势体.电场线从无穷远出发,经AB导体到Q中止,沿电场线方向,电势不断降低.所以AB导体的电势小于零.,A端带正电,B端带负电,不要想当然地认为A端的电势比B端的电势高.,例7为一空腔球形导体(不带电)，现将一个带正电的小金属球放入腔中，当静电平衡时，图中A、B、C三点的场强E和电势的关系是：（),D,解析：画出静电平衡时空间的电场线分布,各点的场强大小和电势高低一目了然.(等效和叠加思想),1.定义：导体壳或金属网罩（无论接地与否）可以把外部电场遮住，使其内部不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽,专题三 静电屏蔽及其应用,2.内屏蔽和外屏蔽：,处于静电平衡状态的导体，外加电场和金属网罩上的感应电荷产生的附加电场在导体内部互互叠加使内部场强处处为零，所以能使导体壳内或金属网罩内的区域不受外部电场的影响,外屏蔽：接地的封闭的金属壳对外部空间没有影响,内屏蔽：金属壳内部空间不受外部电场的影响,B,A图属于内屏蔽，C图属于外屏蔽。,注意观察：B图和C图不同。金属网罩一个接地，一个不接地。,例2将悬在细线上的带正电的小球A放在不带电的的金属空心球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，则A球的位置_，B球的位置_。,不变,向右偏离竖直方向,从结果上考虑.不管C是否接地,是否带电,都会产生内屏蔽;只有C接地,才会产生外屏蔽.A球通过静电感应使C的内外壳分别带等量负电和正电，等效于C球外表面的正电荷对B球吸引，所以B球往右偏离竖直方向。,B球上的负电荷和它在空心球C上的感应电荷在空心球内部产生的合场强处处为零,而B球上的负电荷和它在空心球C上的感应电荷在空心球壳C内部产生的电场对其中的带电体的电场力F=qE=0.,A球通过静电感应使C球的内、外表面分别带上与A球等量负电荷和正电荷.C球内表面的负电荷的中心与A球重合,两者电量相等,代数和为零.在外部看相当与相互抵消.只有C球外部的正电荷参与了对B球的作用.如果C球接地,则对B球便没有作用了,这就形成了外屏蔽.,