四.静电屏蔽
静电现象的应用
●教学目标
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，导体内部的场强处处为零，电荷只分布在导体的外表面上
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3. 知道静电屏蔽及其应用.
●教学重点
●教学难点
空腔导体静电平衡时空腔内的场强处处为零.
●教学过程
［学生答］电场线的疏密表示场强的大小，电场线上每一点的切线方向即为该点的场强方向.
［学生答］将不带电的导体靠近带电体时，导体上就带电了，靠近带电体的一端异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷，这种现象叫做静电感应现象.
［过渡语］知道了电场中的导体会发生静电感应现象，那为什么会产生静电感应现象呢？产生静电感应现象会导致怎样的结果，导体又有何特点呢？今天这节课就来学习这些问题，板书：电场中的导体.
［学生分析得］将一不带电导体靠近带电体时，导体即处于带电体所形成的电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下，逆着电场线定向移动，使导体一侧集聚负电荷，而导体另一侧则集聚等量的正电荷
.
［提问］不带电导体上的自由电子还没来得及运动的瞬间，导体内的电场强度为零吗？ ［学生答］不为零. 正因为有场强，才导致自由电子定向移动而使导体带电.
［学生分析得］导体上自由电子移动的结果，使导体一端带上负电，另一端带上正电. 此时，导体中的电场已不是场源带电体单独产生的了，而是场源带电体产生的电场E 和由导体两端出现的正负电荷在导体内部产生的反方向的电场E ′, E 与E ′方向相反而互相抵消，使导体内的电场强度减弱. 只要导体中的电场强度不为零，导体中的自由电子就会受电场力作用而定向移动，使E ′增强，导致E 与E ′的合电场再减弱. 最后，当导体中合电场为零时，导体中的自由电子不再受电场力而移动.
静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷的定向移动的状态，叫做静电平衡状态. ［用多媒体模拟］静电感应至最后导体达到静电平衡状态的过程.
［提问］通过以上分析，处于静电平衡状态的导体，其内部场强
特点一：处于静电平衡状态的导体，E =E ′, 故内部的场强处处为零.
长为L 的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q 的点电荷放在与
棒的左端距离为R 的地方，如图，达到静电平衡后，棒上的感应电荷
在棒内中点
O
［学生解答］达静电平衡后，O 点处场强为零，则E 感=E 源=k Q ），E 感方向与 L 2(R ) 2
E 源方向相反，即指向点电荷+q
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［提示
［学生分析］处于静电平衡状态的导体，其内部如有电荷，则此电荷必然产生电场，因而导体内部的电场强度就不为零，导体内部的自由电子会受电场力而移动，这与静电平衡是矛盾的. 故内部不会有电荷.
［演示证明］取两个验电器A 和B ，在B 上装一个几乎封闭的金属圆筒C （叫法拉第圆筒），使C 带电，B 的箔片张开，用有绝缘柄的金属小球D 先与C 外表面接触一下，再让D 与A 的金属球接触一下，如此重复多次，发现A 的箔片渐渐张开.
［学生得出］说明C 的外表面上有电荷.
［演示2证明］重做上边实验，让D 与C 的内表面接触一下，再与不带电的A 的金属球接触一下，如此反复多次，发现A 的箔片始终闭合.
［学生得出］说明C 的内表面不带电
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［教师指出］刚才实验中的C 带电后，属于一孤立的带电体，稳定后也处于静电平衡状态.
静电平衡下的导体，电荷只分布在导体的外表面，且由于内表面不带电，故导体壳C 内无电场，E =0，即静电平衡下的空腔导体的内部场强也处处为零.
静电平衡状态的导体，特点二：静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上. ［提问］通过前面学习，将验电器放在带正电的金属球A
的附近，验电器上的箔片会
［学生答］会张开. 因为验电器的金属杆处于金属球A 的电场中，由于静电感应，它的金属球将带负电，而它的另一端——箔片将带正电，因而两箔片相斥而张开.
［学生答］不会. 因为金属网罩处于A 上正电荷产生的电场中，网罩上的电荷将重新分布，最后达到静电平衡. 此时，网罩内部的电场强度为零，验电器上将不带电，因而箔片合拢.
［演示3证明］演示刚才两次提问中的实验，学生回答正确.
［教师引导总结且出示板书
静电屏蔽：金属网罩能将外电场遮住，使其内部不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽.
应用：电子仪器外套金属网罩，通讯电缆外包一层铅皮等
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［指出］静电屏蔽是电场中的导体达到静电平衡时，其内部场强为零的理论的直接应用
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1.
（1）两导体B 与C 接触后，B 与带正电的A 靠近放置，由于静电感应，B 上带负电，C 上带正电. 此时若用手摸一下导体
C
（2）若不用手摸C ，而是摸一下B
答：当手摸C 时，导体B 、C 、人体、地球就组成一个导体，此导体处于A 的电场中，由于静电感应，靠近A 的一端带负电，而远离A 的一端——地球带正电. 所以C 上的正电荷入地. 当手摸B 时，情况同上，仍是正电荷入地
.
2. 在演示1的实验装置中，怎样才能使已带电的金属小球D 上的电荷全部传给法拉第圆筒
C
答：只需将D 与C 筒的内壁接触一下即可. 因为当D 与C 的内壁接触时，D 变为筒的内壁的一部分. 当C 与D 组成的整个导体达到静电平衡时，导体内部不可能有电荷，所以D 上的电荷全部移到导体外表面上.
1. 静电感应现象的原因：当不带电导体处于电场中时，导体内的自由电子在电场力的作用逆电场线而定向移动，使导体一侧带负电，而另一侧带上正电.
2.
①内部场强处处为零
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②电荷只分布在导体的外表面上
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3.
金属网罩将外电场遮住，而使其内部不受外电场的影响，是静电平衡下的导体其内部场强为零的理论的应用
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静电感应产生原因：不带电导体内的自由电子因在外电场的电场力作用下而移
电动，使导体两端带上等量异种电荷.
场静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向移动的状态. 中的 导
体
静电屏蔽：金属网罩能将外电场遮住，而使其内部不受外电场的影响