高中物理静电场若干问题讨论(1)静电屏蔽和电容器.docVIP

关于高中物理静电场假设干问题的讨论〔1〕

一：静电屏蔽

1．静电感应

〔1〕什么叫静电感应：放在静电场中的导体，它的自由电荷受电场力作用，发生定向移动，从而重新分布，在其外表不同局部出现了正、负电荷的现象。

〔实验一〕

①可根据同性相斥、异性相吸，指出本实验中距A近端〔B端〕有与A异号的电荷，距A远端〔C端〕电荷与A同号。

实验1中，可用A与B、C中部接触的，再与验电器接触，验电器金属箔不张开，电荷分布在两端。

②也可以分析距A远近不同，电势不同，而金属导体中自由电子在电场力作用下由电势低处运动至电势高处。

〔2〕感应电荷

静电感应现象中，导体不同局部出现的净电荷称为感应电荷。

静电场中导体上自由电荷受电场力作用做定向移动会不会一直运动下去？

例1：如下图，A带正电，假设导体C端接地，问B、C端各带什么电荷？

假设此时断开C与地的连线，B、C端带什么电荷？整个导体净余什么电荷？

假设B端接地，整个导体净余什么电荷？

例2：如下图，绝缘导体A带正电，导体不带电，由于静电感应，使导体B的M端带上负电，而N端那么带等量的正电荷.

〔1〕用导线连接M、N，导线中有无电流流过？

〔2〕假设将M、N分别用导线与大地相连，导线中有无电流流过？方向如何？

〔3〕静电平衡状态

导体置于电场中时，自由电荷受力，发生定向移动，从而重新分布。重新分布的电荷在导体内产生一个与原电场反向的电场，阻碍电荷定向移动，直至最后无电荷定向移动为止，这时感应电荷电场与原电场的合场强为零。

①什么是静电平衡状态：导体上处处无电荷定向移动的状态。

②特征：导体内部处处场强为零。

在这个特征根底上进行推论，可得静电场中导体的特点。

例3:一个任意形状的金属导体，处于静电平衡状态时〔〕

A．导体内部没有净电荷．B．导体内部任意两点间的电势差不一定为零

C．导体内部的场强不一定处处为零D．在导体外表上，电场线可以与导体外表成任意角

例4:如下图，将不带电的导体BC放在带正电的金属球A附近，当导体BC到达静电平衡后，那么以下说法正确的有〔〕

A．用导线连接BC两端，导线中有瞬间电流通过

B．用手摸一下导体B端可使导体带正电

C．导体C端电势高于B端电势

D．B和C端感应电荷在导体内部产生的场强沿BC方向逐渐减小

例5：导体杆放于点电荷+Q附近到达静电平衡后，求杆中距Q为r的一点Q的电场强度及杆上感应电荷在a点产生的电场强度。

2:两种静电屏蔽及静电屏蔽的作用

〔1〕如图〔a〕所示，用感应起电机使金属球带电，靠近验电器，验电器的箔片张开，说明验电器受到了外电场的影响．

现先将验电器用金属网罩罩住，让带电金属球靠近验电器，验电器的箔片不张开，再用一根导线把验电器和金属网罩连接起来，箔片也不张开，如图〔b〕所示，说明金属网罩能把外电场挡住，使罩内不受外电场的影响．

〔2〕另一种情况是使带电体的电场不对外界产生影响．这可以把带电体A放在一个金属壳B内，见图〔a〕．同样，由于静电感应，在壳的内外外表分别带有等量异号的电荷，待壳达静电平衡时，壳内场强处处为零，并无净电荷．当壳外外表存在电荷时，壳外就有电场，这样还不能起到屏蔽的作用．如果我们把金属外壳接地，见图〔b〕，那么壳外外表上的感应正电荷就由于接地而被中和．于是，金属壳内带电体的电场对外就不产生影响了．

综合上述两种情况可得如下结论：屏蔽壳内的物体不受外电场的影响；而接地的屏蔽壳内部的电场也不会影响外部，这种现象叫做“静电屏蔽”．

静电屏蔽现象的解释：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，将导体挖空，变成一个导体壳，壳内的场强仍处处为零，金属网罩可以起到导体壳的作用，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．

看“静电屏蔽的动画”。

3．静电屏蔽的应用

〔1〕电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰．

〔2〕电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人平安作业．

课堂练习：

1】一个任意形状的金属导体，处于静电平衡状态时〔〕

A．导体内部没有净电荷．B．导体内部任意两点间的电势差不一定为零

C．导体内部的场强不一定处处为零D．在导体外表上，电场线可以与导体外表成任意角

2】如下图，接地的金属板右侧有固定的点电荷十Q，a、b点是金属板右侧外表上的两点，其中a点到＋q的距离较小，以下说法中正确的选项是〔〕

A．由于静电感应，金属板右侧外表带负电，左侧外表带正电．

B、由于静电感应，金属板右侧外表带负电，左侧外表不带电

C、整个导体，包括外表上的a、b点，是一个等势体，且电势等于零

D、a、b