活动1:如图甲所示,导体中的电子为什么向左运动?
提示:自由电子带负电,受力与外部电场的电场强度E0方向相反。
活动2:如图乙所示,导体内部向左运动的自由电子为什么少了?E′是什么?
提示:随着自由电子的定向移动,在导体AB面和CD面上分别聚积了越来越多的负电荷和正电荷,使得两面上聚积的电荷在两面间产生的电场的场强E′越来越大,E0、E′的叠加使得导体内部的合场强越来越小;自由电子受到的电场力越来越小,能向左运动的自由电子越来越少,E′指的是导体AB面和CD面上的感应电荷在导体内部产生的电场的场强。
活动3:图丙说明了什么?
提示:当E′大小等于E0时,导体内的合场强E=0,自由电子受到的合力为零,自由电子便不能再向左做定向移动,达到静电平衡状态。
活动4:讨论、交流、展示,得出结论。
(1)静电平衡的实质:金属导体放到场强为E0的电场中,导体中的自由电子在电场力作用下定向移动,导致导体一侧聚集负电荷,而另一侧聚集正电荷,感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场,导致合场强减小。当感应电荷继续增加,合场强逐渐减小,直到合场强为零时,自由电荷的定向移动停止。
(2)对静电平衡的三点理解
①静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果,达到静电平衡时,自由电荷不再发生定向移动。
②金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。
③导体达到静电平衡后内部场强处处为零是指外电场E0与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合场强为零,E′=-E0。
(3)处于静电平衡状态下导体的电场
①导体内部的场强处处为零。