对电场及磁场中高斯定理的认识

第一篇：对电场及磁场中高斯定理的认识

对电场及磁场中高斯定理的认识

电场强度在一封闭曲面上的面积分与封闭曲面所包围的电荷量成正比由于磁力线总是闭合曲线，因此任何一条进入一个闭合曲面的磁力线必定会从曲面内部出来，否则这条磁力线就不会闭合起来了。如果对于一个闭合曲面，定义向外为正法线的指向，则进入曲面的磁通量为负，出来的磁通量为正，那么就可以得到通过一个闭合曲面的总磁通量为0。这个规律类似于电场中的高斯定理，因此也称为高斯定理[1]。

与静电场中的高斯定理相比较，两者有着本质上的区别。在静电场中，由于自然界中存在着独立的电荷，所以电场线有起点和终点，只要闭合面内有净余的正（或负）电荷，穿过闭合面的电通量就不等于零，即静电场是有源场；而在磁场中，由于自然界中没有单独的磁极存在，N极和S极是不能分离的，磁感线都是无头无尾的闭合线，所以通过任何闭合面的磁通量必等于零。

电场中德高斯定理公式是静电场的基本方程之一，它给出了电场强度在任意封闭曲面上的面积分和包围在封闭曲面内的总电量之间的关系。它表示，电场强度对任意封闭曲面的通量只取决于该封闭曲面内电荷的代数和，与曲面内电荷的分布情况无关，与封闭曲面外的电荷亦无关。在真空的情况下,Σq是包围在封闭曲面内的自由电荷的代数和。当存在介质时,Σq应理解为包围在封闭曲面内的自由电荷和极化电荷的总和。高斯定理反映了静电场是有源场这一特性。凡是有正电荷的地方，必有电力线发出；凡是有负电荷的地方，必有电力线会聚。正电荷是电力线的源头，负电荷是电力线的尾闾。

高斯定理是从库仑定律直接导出的，它完全依赖于电荷间作用力的二次方反比律。把高斯定理应用于处在静电平衡条件下的金属导体，就得到导体内部无净电荷的结论，因而测定导体内部是否有净电荷是检验库仑定律的重要方法。

对于某些对称分布的电场,如均匀带电球的电场,无限大均匀带电面的电场以及无限长均匀带电圆柱的电场，可直接用高斯定理计算它们的电场强度。

第二篇：高中物理知识点总结：专题复习三_电场、电路、磁场

专题复习三 电场、电路、磁场

一.本周教学内容：专题复习三 电场、电路、磁场 【典型例题】

例1.如图所示，P、Q是两个电量相等的正的点电荷，它们连线的中点是O，A，B是中垂线上的两点，OA＜OB。用EA、EB、UA、UB分别表示A、B两点的场强和电势，则（）

A.EA一定大于EB，UA一定大于UB B.EA不一定大于EB，UA一定大于UB C.EA一定大于EB，UA不一定大于UB D.EA不一定大于EB，UA不一定大于UB 解析：等量同号点电荷电场分布，沿OA方向电势降低，场强先增大后减小，但由于不能确定场强最大值出现在哪儿，故选B。

例2.如图所示，虚线a、b和c是某静电场中的三个等势面，它们的电势分别是Ua、Ub、Uc，且Ua＞Ub＞Uc，一个带正电的粒子射入电场中，其运动轨迹如实线KLMN所示，由图可知（）

A.ab间电路通，cd间电路不通 B.ab间电路不通，bc间电路通 C.ab间电路通，bc间电路不通 D.bc间电路不通，cd间电路通 解析：Uad＝220V，Ubd＝220V，说明ab间通，由Uad＝220V，Uac＝220V，说明cd间通，由于无电流，故只能bc间断，选CD。

例4.如图所示，在粗糙水平面上固定一点电荷Q，在M点无初速度释放一带有恒定电量的小物块，小物块在Q的电场中运动到N点静止，则从M点运动到N点的过程中（）

A.小物块所受电场力逐渐减小 B.小物块具有的电势能逐渐减小 C.M点的电势一定高于N点的电势

D.小物块电势能变化量的大小一定等于克服摩擦力做的功

解析：小物块在库仑斥力和摩擦力作用下从M至N，先加速后减速，加速度变化是先减小后增大。但库仑斥力一直做正功，电势能减小。由于小物块远离Q，电场力逐渐减小。对小物块由M点至N点运用动能定理，W电－Wf＝0－0，故W电＝Wf。由于不知Q的电性，故M、N 点电势无法比较。选 ABD。

例5.目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能。如图所示为它的发电原理。将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，从整体来说呈电中性）喷射入磁感应强度为B的匀强磁场，磁场中有两块面积为S，相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路。设气流的速度为v，气体的电导率（电阻率的倒数）为g，则流过外电阻R的电流强度I及电流方向为（）

解析：

放电电流方向A→R→B，选D。

例6.在如图所示的电路中，当可变电阻R的阻值增大时（）

A.AB两点间的电压U增大 B.AB两点间的电压U减小 C.通过R的电流I增大 D.回路中的总电功率增大

解析：当可变电阻R增大时，R外增大故闭合电路总电流I减小，电源两端电压U端增

例7.如图所示，虚线框abcd内为一矩形匀强磁场区域，ab＝2bc，磁场方向垂直纸面；实线框a'b'c'd'是一正方形导线框，a'b'与ab边平行，若将导线框匀速地拉离磁场区域，以W1表示沿平行于ab的方向拉出过程中外力所做的功，W2表示以同样速率沿平行于bc的方向拉出过程中外力所做的功，则（）

例8.电磁流量计如图所示，用非磁性材料制成的圆管道，外加一匀强磁场。当管中导电液体流过此区域时，测出管道直径两端的电势差U，就可以得知管中液体的流量Q，即单位时间内流过管道横截面的液体的体积（m3/s）。若管道直径为D，磁感应强度为B，则Q＝_____________。

A.保持K接通，减小两极板间的距离，则两极板间电场的电场强度减小 B.保持K接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电量减小 C.断开K，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小 D.断开K，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差增大

解析：K接通，电容器电压不变，减小板间距d，则电场强度增大。在两板插入介质，例11.如图所示，光滑绝缘半球槽的半径为R，处在水平向右的匀强电场中，一质量为m的带电小球从槽的右端A处无初速沿轨道滑下，滑到最低位置B时，球对轨道的压力为2mg。

例12.汤姆生在测定阴极射线的荷质比时采用的方法是利用电场、磁场偏转法，即通过测出阴极射线在给定匀强电场和匀强磁场中穿过一定距离时的速度偏转角来达到测定其荷质比的目的。利用这种方法也可以测定其它未知粒子的荷质比，反过来，知道了某种粒子的荷质比，也可以利用该方法了解电场或者磁场的情况。

假设已知某种带正电粒子（不计重力）的荷质比（q/m）为k，匀强电场的电场强度为E，方向竖直向下。先让粒子沿垂直于电场的方向射入电场，测出它穿过水平距离L后的速度偏转角θ（θ很小，可认为θ≈tanθ）（见图甲）；接着用匀强磁场代替电场，让粒子以同样的初速度沿垂直于磁场的方向射入磁场，测出它通过一段不超过1/4圆周长的弧

解析：

例13.如图所示，空间分布着场强为E的匀强电场和匀强磁场B1、B2，且磁感强度大小B1＝B2＝B，磁场B2的区域足够大，电场宽度为L。一带电粒子质量为 m，电量为q。不计重力，从电场边缘A点由静止释放该粒子经电场加速后进入磁场，穿过磁场B1区域（图中虚线为磁场分界线，对粒子运动无影响。）进入磁场 B2，粒子能沿某一路径再次返回A点，然后重复上述运动过程。求：

（1）粒子进入磁场时的速度大小v。（2）磁场B1的宽度D。

（3）粒子由A点出发至返回A点需要的最短时间t。

解析：

例14.如图所示为示波管的原理图，电子枪中炽热的金属丝可以发射电子，初速度很小，可视为零。电子枪的加速电压为U0，紧挨着是偏转电极YY'和XX'，设偏转电极的极板长均为

求：（1）若只在YY'偏转电极上加电压UYY'＝U1（U1＞0），则电子到达荧光屏上的速度多大？

（2）在第（1）问中，若再在XX'偏转电板上加上UXX'＝U2（U2＞0），试在荧光屏上标出亮点的大致位置，并求出该点在荧光屏上坐标系中的坐标值。

解析：（1）

（2）电子在y电场中偏移距离：

根据相似三角形

同理在xx'方向

根据相似三角形

（1）试分析说明带电小球被抛出后沿竖直方向和水平方向分别做什么运动。（2）在图中画出带电小球从抛出点O到落与O在同一水平线上的O'点的运动轨迹示意图。（3）带电小球落回到O'点时的动能。

解析：（1）竖直方向：重力向下，初速v0向上，做匀减速直线或上抛运动 水平：电场力向右，初速度为0，匀加速直线（2）竖直：小球向上运动和向下运动时间相等。

【模拟试题】 卷I

14.下列说法正确的是（）

A.1 kg 0℃水的内能比1kg0℃冰的内能小 B.气体膨胀，它的内能一定减少 C.已知阿伏加德罗常数、某气体的摩尔质量和密度，就可估算出该气体中分子的平均距离

D.对于一定质量的理想气体，当分子热运动变剧烈时，压强必变大

15.如图所示，一列简谐横波在介质中沿水平方向传播，实线是在 时的波形图，虚线是在

A.（1）（2）B.（3）（4）C.（1）（3）D.（2）（4）

16.如图所示，带箭头的直线表示电场线，虚线表示等势面，弯曲实线表示一个带电粒子在电场力作用下由A运动到B的径迹。粒子在A点的加速度为动能为，则（），A.粒子带正电，B.粒子带正电，17.氢原子从第五能级跃迁到第三能级时氢原子辐射的光子的频率为

（3）氢原子从第二能级向第一能级跃迁时产生的光子，一定能使金属A产生光电效应现象（4）氢原子从第五能级向第四能级跃迁时产生的光子，一定不能使金属A产生光电效应现象

在这四种判断中，正确的是（）A.（1）（3）B.（2）（4）

C.（1）（2）（3）D.（1）（3）（4）

18.汽车在平直公路上以速度 匀速行驶，发动机功率为P。快进入闹市区时，司机减小了油门，使汽车的功率立即减小一半并保持该功率继续行驶。设汽车行驶过程中所受阻力大小不变，则下面四个图象中，哪个图象正确表示了从司机减小油门开始，汽车的速度与时间的关系（）

19.如图所示，某空间存在着沿水平方向指向纸里的匀强磁场，磁场中固定着与水平面夹角为α的光滑绝缘斜面。一个带电小球，从斜面顶端由静止开始释放，经过时间t，小球离开了斜面。则有（）

A.液滴仍保持静止状态 B.液滴做自由落体运动 C.电容器上的带电量减小 D.电容器上的带电量增大

21.如图所示中的虚线上方空间有垂直线框平面的匀强磁场，直角扇形导线框绕垂直于线框平面的轴O以角速度ω匀速转动。设线框中感应电流方向以逆时针为正方向，那么在下图中能正确描述线框从下图所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流随时间变化情况的是（）

卷II 22.（18分）

（1）在实验室中用螺旋测微器测量金属丝的直径，螺旋测微器的读数部分如下面左图所示，由图可知，金属丝的直径是______________。

（2）在“把电流表改装为电压表”的实验中，给出的器材有：

①电流表（量程为，内阻约200Ω）；

②标准电压表（量程为2V）； ③电阻箱（0～999Ω）； ④滑动变阻器（0～200Ω）；

⑤电位器（一种可变电阻，其原理与滑动变阻器相当）（0～47⑥电源（电动势2V，有内阻）； ⑦电源（电动势6V，有内阻）； ⑧电键两只；导线若干。）；

<1>首先要用半偏法测定电流表的内阻。如果采用如图所示的电路测定电流表A的内电阻并且要想得到较高的精确度，那么从以上给的器材中，可变电阻；

C.观察 的阻值调至最大；

D.调节 竖直向上做匀加速直线运动（<7“ style='width:14.25pt;> 为地面附近的重力加速度），已知地球半径为R。

（1）到某一高度时，测试仪器对平台的压力是刚起飞时压力的<8” style= > 求此时火箭离地面的高度h。，（2）探测器与箭体分离后，进入行星表面附近的预定轨道，进行一系列科学实验和测量，若测得探测器环绕该行星运动的周期为<9" >，试问：该行星的平均密度为多少？（假定行星为球体，且已知万有引力恒量为G）

24.（18分）

如图所示，在求：，不计粒子的重力和粒子间的相互作用。（1）带电粒子的比荷 与带电粒子在磁场中的运动时间 之比。

25.（18分）

如图所示，有一块木板静止在光滑且足够长的水平面上，木板质量为；木板右端放着一个小滑块，小滑块质量为

（1）现用恒力F作用在木板M上，为了使得m能从M上面滑落下来，问：F大小的范围是什么？

（2）其它条件不变，若恒力

【试题答案】

14.C 15.C 16.D 17.A 18.C 19.C 20.D 21.A 22.（1）0.920mm（2）<1>⑤，③，⑦

<2>①C，②A，③D，④B，⑤E，⑥F <3>200，小 <4>串，19800 23.（1）

（2）

（2）

25.（1）F＞20N（2）

第三篇：专题10电场、磁场综合复习小结学案解读

夫学须静也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学 专题10 电场、磁场综合复习小结学案 主编：周中兵 【2014考点预测】

从2013高考试题来看，带电粒子在复合场中的运动依然为高考命题的热点之一。本考点是带电粒子在复合场中的运动知识，侧重于考查带电粒子在磁场和电场、磁场和重力场以及磁场、电场和重力场三场所形成的复合场的问题。预测2014高考带电粒子在复合场中的运动仍为高考的重点和热点，如在复合场中的直线运动以及依次通过电场和磁场的运动，题目与共点力平衡、牛顿运动定律、能量守恒、动能定理、圆周运动等联系在一起，且多与实际问题相结合，主要考查学生分析问题的能力、综合能力和利用数学方法解决问题的能力。

【考点定位】

一．带电粒子在复合场中的受力

复合场是指电场、磁场和重力场并存，或其中某两场并存，或分区域存在的某一空间.粒子经过该空间时可能受到的力有重力、电场力和洛伦兹力，抓住三个力的特点是分析和求解相关问题的前提和基础．

1．重力：若为基本粒子（如电子、质子、α粒子、离子等）一般不考虑重力；若为带电颗粒（如液滴、油滴、小球、尘埃等）一般需考虑重力．

2．电场力：带电粒子（体）在电场中一定受到电场力作用，在匀强电场中，电场力为恒力，大小为F=qE．电场力的方向与电场的方向相同或相反．电场力做功也与路径无关，只与初末位置的电势差有关，电场力做功一定伴随着电势能的变化．

3．洛伦兹力：带电粒子（体）在磁场中受到的洛伦兹力与运动的速度（大小、方向）有关，洛伦兹力的方向始终和磁场方向垂直，又和速度方向垂直，故洛伦兹力永远不做功，也不会改变粒子的动能． 二．粒子在复合场中运动

1．在运动的各种方式中，最为熟悉的是以垂直电磁场的方向射入的带电粒子，它将在电磁场中做匀速直线运动，那么，初速v0的大小必为E/B，这就是速度选择器模型，关于这一模型，我们必须清楚，它只能选取择速度，而不能选取择带电的多少和带电的正负，这在历年高考中都是一个重要方面．

2．带电物体在复合场中的受力分析：带电物体在重力场、电场、磁场中运动时，其运动状态的改变由其受到的合力决定，因此，对运动物体进行受力分析时必须注意以下几点：

①受力分析的顺序：先场力（包括重力、电场力、磁场力）、后弹力、再摩擦力等．

②重力、电场力与物体运动速度无关，由物体的质量决定重力大小，由电场强决定电场力大小；但洛仑兹力的大小与粒子速度有关，方向还与电荷的性质有关．所以必须充分注意到这一点才能正确分析其受力情况，从而正确确定物体运动情况．

3．带电物体在复合场的运动类型：

①匀速运动或静止状态：当带电物体所受的合外力为零时 ②匀速圆周运动：当带电物体所受的合外力充当向心力时

③非匀变速曲线运动；当带电物体所受的合力变化且和速度不在一条直线上时 4．综合问题的处理方法(1)处理力电综合题的的方法

处理力电综合题与解答力学综合题的思维方法基本相同，先确定研究对象，然后进行受力分

析（包括重力）、状态分析和过程分析，能量的转化分析，从两条主要途径解决问题．

①用力的观点进解答，常用到正交分解的方法将力分解到两个垂直的方向上，分别应用牛顿第三定律列出运动方程，然后对研究对象的运动进分解．可将曲线运动转化为直线运动来处理，再运用运动学的特点与方法，然后根据相关条件找到联系方程进行求解． ②用能量的观点处理问题

对于受变力作用的带电体的运动，必须借助于能量观点来处理．即使都是恒力作用的问题，用能量观点处理也常常显得简洁，具体方法有两种：

ⅰ．用动能定理处理，思维顺序一般为： A．弄清研究对象，明确所研究的物理过程

B．分析物体在所研究过程中的受力情况，弄清哪些力做功，做正功还是负功 C．弄清所研究过程的始、末状态（主要指动能）

ⅱ．用包括静电势能和内能在内的能量守恒定律处理，列式的方法常有两种： A．从初、末状态的能量相等（即E1=E2）列方程

B．从某些能量的减少等于另一些能量的增加（即∆E=∆E'）列方程

c若受重力、电场力和磁场力作用，由于洛仑兹力不做功，而重力与电场力做功都与路径无关，只取决于始末位置．因此它们的机械能与电势能的总和保持不变．

(2)处理复合场用等效方法：

各种性质的场与实物（由分子和原子构成的物质）的根本区别之一是场具有叠加性．即几个场可以同时占据同一空间，从而形成叠加场，对于叠加场中的力学问题，可以根据力的独立作用

夫学须静也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学

原理分别研究每一种场力对物体的作用效果；也可以同时研究几种场力共同作用的效果，将叠加紧场等效为一个简单场，然后与重力场中的力学问题进行类比，利用力学的规律和方法进行分析与解答． 三．“磁偏转”和“电偏转”

磁偏转与电偏转分别是利用磁场和电场对运动电荷施加作用，控制其运动方向．这两种偏转有如下差别： 1．受力特征

在磁偏转中，质量为m，电荷量为q的粒子以速度v垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，所受磁场力（即洛伦兹力）FB=Bqv．FB使粒子的速度方向发生变化，而速度方向的变化反过来又使FB的方向变化，FB是变力．

在电偏转中，质量为m，电荷量为q的粒子以速度v0垂直射入电场强度为E的匀强电场中，所受电场力FE=qE．FE与粒子的速度无关，是恒力． 2．运动规律

在磁偏转中，变化的FB使粒子做匀速曲线运动––––匀速圆周运动，其运动规律分别从时（周期）、空（半径）两个方面给出： T= 2πmBq，r=mv qB ． 在电偏转中，恒定的FE使粒子做匀变速曲线运动––––类平抛运动，其运动规律分别从垂直于电场方向和平行于电场方向给出： vx=v0，x=v0t vqEy= mt，y=1qE2 2⋅m t 3．偏转情况

在磁偏转中，粒子的运动方向所能偏转的角度不受限制，θvtB=ωt=r=qB m t，且在相等时间内偏转的角度总是相等． 在电偏转中，粒子的运动方向所能偏转的角度θπ E<2，且在相等的时间内偏转的角度是不相等的． 4．动能变化

在磁偏转中，由于FB始终与粒子的运动方向垂直，所以，粒子动能的大小保持不变． 在电偏转中，由于FE与粒子运动方向之间的夹角越来越小，粒子的动能将不断增大，且增大得越来越快． 四．高科技器材

1．速度选择器

正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器．带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器．否则将发生偏转．这个速度的大小可以由洛伦兹力和电场力的平衡得出：qvB=Eq，v= E B ．在本图中，速度方向必须向右．

（1）这个结论与离子带何种电荷、电荷多少都无关．

（2）若速度小于这一速度，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若大于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线． 2．电磁流量计

电磁流量计的原理可解释为：一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动．导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛仑兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差．当自由电荷所受的电场力和洛仑兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定．则 Bqv=Eq= UqU πd2d，可得v=Bd ．流量为Q=Sv=4⨯UπdUBd=4B．

第四篇：教案电场中的导体

第4节电场中的导体 开课教师：李斐

一、教学目标 1．知识与能力：

（1）掌握场强叠加原理

（2）了解导体导电机制、静电平衡状态、静电感应现象；（3）理解电场中处于静电平衡状态下导体的特点；（4）了解静电屏蔽现象。

（5）通过观察演示实验及对实验现象的分析，引导学生运用所学知识进行分析推理，培养学生分析推理能力。2．过程与方法：

（1）通过实验探究，认识科学探究的意义和基本过程．（2）让学生在自主找规律的过程中体会到学习的乐趣． 3．情感态度价值观：

物理学是以实验为基础的一门学科，通过物理实验得到物理规律，这是进行物理研究的重要方法。

二、教学重点、难点

1．场强叠加原理、静电场中静电平衡状态下导体的特性，即其电荷分布、电场分布等，这是重点。

2．运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因，这是难点。

三、教学方法：

实验演示，计算机辅助教学

四、教具：

1．演示静电感应：起电机（一台）、验电球、验电器（一个），带有绝缘支架金属球一个。2．静电屏蔽演示：金属网罩（一个），带绝缘支架金属球，验电器。4．计算机、大屏幕、自制CAI课件。

五、教学过程：

（一）导入新课

复习库仑定律：真空中两个点电荷之间的相互作用力F的大小，跟它们的电荷量Q1、Q2的乘积成正比，跟它们的距离r的二次方成反比；作用力的方向沿着它们的连线。

问：如果真空中存在A、B、C3个点电荷，那么其中某个点电荷A的受力情况怎样？受到其他两个点电荷的库仑力，这两个力不会互相影响.――独立作用原理；而且这两个力的合力满足平行四边形法则――矢量叠加原理。（演示flash动画：两个不在同一直线的库仑力的合成）

（二）新课教学

上节课我们学过电场强度这概念，回忆一下我们是怎样定义它的？ 将不同电量的试探电荷放入电场中同一点，我们将发现试探电荷所受的库仑力大小和其电量的比值是个常数，这个常数就是电场强度即

（接上例）如果真空中存在A、B、C3个点电荷，通过上个例子我们已知A所受的合力为BC对它的矢量和，那么点电荷A处的场强？„„„..一．场强叠加原理（多个点电荷周围电场场强分布情况的确定）1.独立性原理 各个点电荷在场点均独立产生电场——互不干扰 2.矢量叠加原理

电场中任一点的电场强度等于这几个点电荷各自在该点产生的电场强度的矢量和。——几何叠加法

3.电场叠加遵从的法则平行四边形法则（演示flash动画）

例两个相距很近的等量异种电荷组成的系统叫做电偶极子。如图所示，P为电偶极子延长线上距其中点O为r的点，求P点处的电场强度。

解：P到－q和+q的距离分别为r+和r－，所以－q和+q在P点产生的场强大小分别为E-=

E+= 它们的场强为

二．静电平衡与静电屏蔽

（实验1静电感应）摇动起电机。将一个鳄鱼夹靠近验电器，可观察到金属箔张开

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，在其表面不同部分出现了正、负电荷的现象。

①本实验中距A近端（B端）的电荷是正电荷还是负电荷？距A远端（C端）呢？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。（2）感应电荷

②什么是感应电荷？静电感应现象中，导体不同部分出现的净电荷称为感应电荷。③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？ 2．静电平衡

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。（演示flash动画：处于电场中导体的静电感应过程）

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导体内部电场的特征是什么？导体内部处处场强为零。

③那电荷分步在导体的什么位置上？电荷只能分布在导体外表面上。（演示flash动画： 法拉第圆筒实验。）

在这个特征基础上进行推论，可得静电场中导体的特点。（法拉第圆筒实验。）

先用起电机使筒A带电，至A中箔片张开为止，利用验电球B可先从A外表面接触，再与验电器金属球C接触，反复几次后，可明显地看到C金属箔张开，可说明A外表面有电荷。

若使B与A内壁接触后再与C接触，则C金属箔将不张开，可验证A内壁无电荷。

总结静电场中导体的特点：处于静电平衡状态，导体内处处场强为零。处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体外表面上。3．静电屏蔽 实验2 先使A带电，然后移近验电器B，由于静电感应，B的金属箔片张开，若把B置于金属网罩中，可发现B的金属箔片不张开。简单分析：金属网罩内无电场。

任取一个导体壳，处于静电场中，壳内无电场。

(1)．静电屏蔽：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．

(2)．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．（演示flash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，使人安全作业．

（三）例题（见课件）

1．如图所示，A带正电，若导体C端接地，问B、C端各带什么电荷？（B端带负电荷，C端无净电荷）

若此时断开C与地的连线，B、C端带什么电荷？（B端负电荷，C端无电荷）整个导体净余什么电荷？（负电荷）

若B端接地，整个导体净余什么电荷？（负电荷）

（四）课件演示，课堂小结

1．场强叠加原理：如果有几个点电荷同时存在，则电场中任一点的电场强度等于这几个点电荷各自在该点产生的电场强度的矢量和

2．静电平衡状态：导体中（包括表面）没有电荷定向运动的状态。

基本特征：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零；电荷只分布在导体的外表面。注意：这里的“场强”，指的是合场强。

3．静电屏蔽：导体壳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。

（五）布置作业 1．复习本节课文。

第五篇：磁场中的电化学反应

《磁场中的电化学反应》实验报告

辽宁省营口市 辽宁省实验中学营口分校高二二班张启明。指导教师：黄满龙

摘要

现有制造电池、蓄电池的原理是电化学反应。电极是不同种元素、不同种化合物构成，产生电流不需要磁场的参与。目前有磁性材料作电极的铁镍蓄电池（注1），但铁镍蓄电池放电时没有外加磁场的参与。通过数次实验证明，在磁场中是可以发生电化学反应的。本实验报告是研究电化学反应发生在磁场中，电极是用同种元素、同种化合物。磁场中的电化学反应不同于燃料电池、磁流体发电。

一、实验目的：

通过实验证实，产生电流与磁场有关，电流流动的方向与磁体的位置有关。电极的两极是用的同种金属，当负极消耗后又补充到正极，由于两极是同种金属，所以总体来说，电极没有发生消耗。这是与以往的电池的区别所在。而且，正极与负极可以随磁体位置的改变而改变，这也是与以往的电池区别所在。

磁场中电化学反应电源的正极与负极可以循环使用。

二、实验器材：

1、长方形塑料容器一个。约长100毫米、宽40毫米、高50毫米。

2、磁体一块，上面有一根棉线，棉线是作为挂在墙上的钉子上用。还有铁氧体磁体Φ30*23毫米二块、稀土磁体Φ12*5毫米二块、稀土磁体Φ18*5毫米一块。

3、塑料瓶一个，内装硫酸亚铁，分析纯。

4、铁片两片。（对铁片要进行除锈处理，用砂纸除锈、或用刀片除锈、或用酸清洗。）用的罐头铁皮，长110毫米、宽20毫米。表面用砂纸处理。

5、电流表，0至200微安。

用微安表，由于要让指针能向左右移动，用表头上的调0螺丝将指针向右的方向调节一定位置。即通电前指针在50微安的位置作为0，或者不调节。

“磁场中的电化学反应”装置是直流电源，本实验由于要使用电流表，一般的电流表指针的偏转方向是按照电流流动方向来设计的，（也有随电流流动方向改变，电流表指针可以左右偏转的电流表。电流流动方向改变，电流表指针可以向左或向右偏转的电流表）。因此本演示所讲的是电流流动方向，电流由“磁场中的电化学反应”装置的正极流向“磁场中的电化学反应”装置的负极，通过电流表指针的偏转方向，可以判断出“磁场中的电化学反应”装置的正极、负极。

三、实验步骤：

1、手拿磁体，靠近塑料瓶，明显感到有吸引力，这是由于塑料瓶中装了硫酸亚铁，说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

2、将塑料瓶中的硫酸亚铁倒一些在纸上，压碎硫酸亚铁晶体，用磁体靠近硫酸亚铁，这时有一部分硫酸亚铁被吸引在磁体上，进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。

3、将磁体用棉线挂在墙上一个钉子上让磁体悬空垂直不动，用装有硫酸亚铁的塑料瓶靠近磁体，当还未接触到悬空磁体时，可以看到悬空磁体已开始运动，此事更进一步说明硫酸亚铁是铁磁性物质。（注：用另一个塑料瓶装入硫酸亚铁饱和溶液产生的现象同样）

4、通过步骤1、2、3我们得到这样的共识，硫酸亚铁是铁磁性物质。

5、将塑料瓶中的硫酸亚铁适量倒在烧杯中，加入蒸溜水溶解硫酸亚铁。可以用饱和的硫酸亚铁溶液，然后倒入一个长方形的塑料容器中。实验是用的饱和硫酸亚铁溶液。装入长方形容器中的液面高度为40毫米。

6、将铁片分别放在塑料容器中的硫酸亚铁溶液两端中，但要留大部分在溶液之上，以便用电流表测量电流。由于两个电极是用的同种金属铁，没有电流的产生。

7、然后，在塑料容器的外面，将铁氧体磁体放在某一片铁片的附近，让此铁片处在磁埸中。用电流表测量两片铁片之间的电流，可以看到有电流的产生。（如果用单方向移动的电流表，注意电流表的正极应接在放磁体的那一端），测量出电流强度为70微安。为什么同种金属作电极在酸、碱、盐溶液中有电流的产生？电位差是怎样形成的？我是这样看这个问题的：由于某一片铁片处在磁埸中，此铁片也就成为磁体，因此，在此铁片的表面吸引了大量的带正电荷的铁离子，而在另一片铁片的表面的带正电荷的铁离子的数量少于处在磁埸中的铁片的带正电荷的铁离子数量，这两片铁片之间有电位差的存在，当用导线接通时，电流由铁离子多的这一端流向铁离子少的那一端，（电子由铁离子少的那一端铁片即电源的负极流向铁离子多的那一端铁片即电源的正极）这样就有电流产生。可以用化学上氧化－还原反应定律来看这个问题。处在磁埸这一端的铁片的表面由于有大量带

正电荷的铁离子聚集在表面，而没有处在磁埸的那一端的铁片的表面的带正电荷的铁离子数量没有处在磁埸中的一端多，当接通电路后，处在磁埸这一端的铁片表面上的铁离子得到电子（还原）变为铁原子沉淀在铁片表面，而没有处在磁埸那一端的铁片失去电子（氧化）变为铁离子进入硫酸亚铁溶液中。因为在外接的电流表显示，有电流的流动，可以证明有电子的转移，而电子流动方向是由电源的负极流向电源的正极，负极铁片上铁原子失去电子后，就变成了铁离子，进入了硫酸亚铁溶液中。

8、确定“磁场中的电化学反应”的正、负极，确认正极是处在磁体的位置这一端。这是通过电流表指针移动方向来确定的。

9、改变电流表指针移动方向的实验，移动铁氧体磁体实验，将第7步骤中的磁体从某一片上移开（某一片铁片可以退磁处理，如放在交变磁埸中退磁，产生的电流要大一些）然后放到另一片铁片附近，同样有电流的产生，注意这时正极的位置发生了变化，电流表的指针移动方向产生了变化。

如果用稀土磁体，由于产生的电流强度较大，电流表就没有必要调整0为50毫安处。而用改变接线的方式来让电流表移动。

改变磁体位置：如果用磁体直接吸引铁片电极没有浸在液体中的部份的方式来改变磁体位置，铁片电极不退磁处理也行。

磁体位置改变，电流表指针偏转方向改变。证明电流流动方向改变，磁场中电化学反应成立。电流流动方向说明了磁体在电极的正极位置。

四、实验结论

此演示实验产生的电流是微不足道的，我认为此演示的重点不在于产生电流的强度的大小，而重点是演示出产生电流流动的方向随磁体的位置变动而发生方向性的改变，这就是说此电源的正极是随磁体在电源的那一极而正极就在磁体的那一极。因此，可以证明，“磁场中的电化学反应”是成立的，此电化学反应是随磁体位置发生变化而产生的可逆的电化学反应。请特别注意“可逆”二字，这是本物理现象的重点所在。

通过磁场中的电化学反应证实：物理学上原电池的定律在恒定磁场中是不适用的（原电池两极是用不同种金属，而本实验两极是用相同的金属）。

通过磁场中的电化学反应证实：物理学上的洛仑兹力（洛伦兹力）定律应修正，洛仑兹力对磁性运动电荷是吸引力，而不是偏转力。并且洛仑兹力要做功。

通过实验证实，产生电流与磁场有关，电流流流动的方向与磁体的位置有关。电极的两极是用的同种金属，当负极消耗后又补充到正极，由于两极是同种金属，所以总体来说，电极没有发生消耗。这是与以往的电池的区别所在。而且，正极与负极可以随磁体位置的改变而改变，这也是与以往的电池区别所在。

磁场中电化学反应电源的正极与负极可以循环使用。

产生的电能大小所用的计算公式应是法拉弟电解定律，法拉第电解第一定律指出，在电解过程中，电极上析出产物的质量，和电解中

通入电流的量成正比，法拉第电解第二定律指出：各电极上析出产物的量，与各该物质的当量成正比。法拉第常数是１克当量的任何物质产生（或所需）的电量为９６４９３库仑。而移动磁体或移动电极所消耗的功应等于移动磁体或移动电极所用的力乘以移动磁体或移动电极的距离。

参考文献

注1: 湖南省邮电管理局《蓄电池的使用和维护》编写组,《蓄电池的使用和维护》, 人民邮电出版社,1979年北京第2版，统一书号：15045总2031-有514。