靜電現(xiàn)象的應(yīng)用教案(教師版)

1、1.7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用【重點(diǎn)難點(diǎn)】1靜電場(chǎng)中靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特性，即其電荷分布、電場(chǎng)分布等是重點(diǎn)。2運(yùn)用電場(chǎng)有關(guān)知識(shí)，分析、推理出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的成因是難點(diǎn)。教學(xué)過程靜電感應(yīng)靜電平衡靜電平衡的特點(diǎn)導(dǎo)體上電荷分布特點(diǎn)尖端電荷匯聚尖端放電避雷針靜電屏蔽靜電屏蔽的應(yīng)用一、靜電感應(yīng)1、演示實(shí)驗(yàn)靜電感應(yīng)現(xiàn)象靜電感應(yīng)現(xiàn)象：在電場(chǎng)中的導(dǎo)體沿著電場(chǎng)強(qiáng)度方向兩端出現(xiàn)等量異種電荷，這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)外電場(chǎng)撤掉，導(dǎo)體兩端電荷又中和，可見靜電感應(yīng)現(xiàn)象中導(dǎo)體上凈電荷仍然為零將不帶電的導(dǎo)體置于電場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)體那自由電荷受力，發(fā)生定向移動(dòng)，從而重新分布重新分布的電荷在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)與原電場(chǎng)反向的電場(chǎng)，阻礙電荷定向移動(dòng)，該電

2、場(chǎng)與外電場(chǎng)疊加，使導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)減弱，只要內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不為零，導(dǎo)體兩面的正負(fù)電荷便繼續(xù)增加，導(dǎo)體的內(nèi)部電場(chǎng)就會(huì)繼續(xù)削弱，直至導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)都等于零的時(shí)候?yàn)橹梗@時(shí)導(dǎo)體內(nèi)自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)導(dǎo)體中（包括表面）沒有電荷的定向移動(dòng)的狀態(tài)，叫做靜電平衡狀態(tài)總結(jié)：靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體上處處無電荷定向移動(dòng)的狀態(tài) 特征：導(dǎo)體內(nèi)部處處場(chǎng)強(qiáng)為零在這個(gè)特征基礎(chǔ)上進(jìn)行推論，可得靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的特點(diǎn)2、強(qiáng)調(diào)：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零而且處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，電荷只能分布在導(dǎo)體外表面上這是為什么呢？為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，可采用反證法，若導(dǎo)體內(nèi)部有凈電荷，電荷周圍有電場(chǎng)，那么導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度將不為零，電荷將發(fā)生

3、定向移動(dòng)二、靜電現(xiàn)象的應(yīng)用1、尖端放電 原因：因?yàn)樵诩舛烁浇鼜?qiáng)電場(chǎng)的作用下空氣中殘留的離子會(huì)發(fā)生激烈的運(yùn)動(dòng)。在激烈的運(yùn)動(dòng)過程中它們和空氣分子相碰時(shí)，會(huì)使空氣分子電離，從而產(chǎn)生大量新的離子，這就使空氣邊得易于導(dǎo)電。與尖端上電荷同號(hào)的離子受到排斥而飛向遠(yuǎn)方，蠟燭的火焰偏移就是受到這種離子形成的“電風(fēng)”吹動(dòng)的結(jié)果。在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，物體曲率大的地方(如尖銳、細(xì)小的頂端，彎曲很厲害處)附近，等電位面密，電場(chǎng)強(qiáng)度劇增，致使這里空氣被電離而產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象，稱為電暈放電而尖端放電為電暈放電的一種，專指尖端附近空氣電離而產(chǎn)生氣體放電的現(xiàn)象2）、閃電防護(hù)雷鳴電閃時(shí)在室外的人，為防雷擊，應(yīng)當(dāng)遵從四條原則一是人體應(yīng)

4、盡量降低自己，以免作為凸出尖端而被閃電直接擊中二是人體與地面的接觸面要盡量縮小以防止因“跨步電壓” 造成傷害所謂跨步電壓是雷擊點(diǎn)附近，兩點(diǎn)間很大的電位差，如若人的兩腳分得很開，分別接觸相距遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，則兩腳間便形成較大的電位差，有強(qiáng)電流通過人體使人受傷害 三是不可到孤立大樹下和無避雷裝置的高大建筑體附近，不可手持金屬體高舉頭頂四是不要進(jìn)水中，因水體導(dǎo)電好，易遭雷擊總之，應(yīng)當(dāng)?shù)捷^低處，雙腳合攏地站立或蹲下，以減少遭遇雷的機(jī)會(huì)【知識(shí)總結(jié)】一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)1靜電平衡狀態(tài)處于電場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)外電場(chǎng)相互疊加 ，使導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)減弱，直至為零，導(dǎo)體內(nèi)部自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)的狀態(tài)2處于靜電平衡狀態(tài)

5、下導(dǎo)體的特點(diǎn)(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零(2)處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體，它的表面是個(gè)等勢(shì)面，地球是一個(gè)等勢(shì)體.二、導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn)1導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷，凈電荷分布在導(dǎo)體的外表面2在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷三、尖端放電1空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷密度很大，電場(chǎng)很強(qiáng)，帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下劇烈運(yùn)動(dòng)撞擊空氣分子，從而使分子的正負(fù)電荷分離的現(xiàn)象2尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象四、靜電屏蔽1定義：把一個(gè)電學(xué)儀器放在封閉的金屬殼里，即使殼外有

6、電場(chǎng)，由于殼內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)保持為零，外電場(chǎng)對(duì)殼內(nèi)的儀器也不會(huì)產(chǎn)生影響的現(xiàn)象2實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽不一定要用密封的金屬容器，金屬網(wǎng)也能起到屏蔽作用3應(yīng)用(1) 避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施(2)電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面套有金屬罩；通信電纜表面包一層鉛皮；高壓帶電作業(yè)人員穿金屬網(wǎng)衣；通訊工具在鋼筋結(jié)構(gòu)房屋中接收信號(hào)較弱. 【知識(shí)拓展】靜電屏蔽的兩種情況及本質(zhì)(1)導(dǎo)體內(nèi)部不受外部電場(chǎng)的影響現(xiàn)象：由于靜電感應(yīng)，驗(yàn)電器箔片張開如圖甲，將驗(yàn)電器放入導(dǎo)體網(wǎng)罩內(nèi)部后驗(yàn)電器箔片不張開，如圖乙，即外部電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體內(nèi)部本質(zhì)：是靜電感應(yīng)，導(dǎo)體外表面感應(yīng)電荷與外電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的疊加結(jié)果為零a(2)接地的封閉導(dǎo)

7、體殼內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)殼外空間沒有影響現(xiàn)象： a如右圖甲導(dǎo)體殼沒有接地時(shí)，處于內(nèi)部電場(chǎng)中，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)體殼內(nèi)外表面出現(xiàn)等量異種電荷，空間電場(chǎng)的電場(chǎng)線起于場(chǎng)源正電荷，終于導(dǎo)體殼內(nèi)表面負(fù)電荷，再起于導(dǎo)體殼外表面正電荷，終于無窮遠(yuǎn)，殼內(nèi)外表面之間場(chǎng)強(qiáng)處處為零，殼外場(chǎng)強(qiáng)不為零b.導(dǎo)體殼接地后，如圖乙所示，導(dǎo)體殼外的正電荷被大地負(fù)電荷中和，正電荷出現(xiàn)在地球的另一端無窮遠(yuǎn)處，空間電場(chǎng)起于場(chǎng)源正電荷終于導(dǎo)體殼內(nèi)表面負(fù)電荷，導(dǎo)體殼內(nèi)外表面之間及導(dǎo)體外部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，導(dǎo)體外部空間不受內(nèi)部電場(chǎng)影響本質(zhì)：仍然是靜電感應(yīng)，導(dǎo)體內(nèi)表面感應(yīng)電荷與殼內(nèi)電場(chǎng)在導(dǎo)體殼表面以外空間疊加結(jié)果為零【考點(diǎn)】靜電平衡的特點(diǎn)及應(yīng)用例題1：圖7

8、10長為l的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為q的點(diǎn)電荷放在距棒左端R處，如圖710所示。當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)P處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向分別是怎樣的？解析：導(dǎo)體棒在點(diǎn)電荷q的電場(chǎng)中發(fā)生靜電感應(yīng)，左端出現(xiàn)負(fù)電荷，右端出現(xiàn)正電荷，棒中任何一點(diǎn)都有兩個(gè)電場(chǎng)，即外電場(chǎng)q在該點(diǎn)形成的電場(chǎng)E0，附加電場(chǎng)棒上感應(yīng)電荷在該點(diǎn)形成的電場(chǎng)E。達(dá)到靜電平衡時(shí)EE0，題中所求的即為E。棒的中點(diǎn)距離q為rRl/2，于是EE0。E和E0方向相反，方向向左。同理，我們還能求棒中其他的附加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)。答案：向左靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)例題2：如右圖所示，點(diǎn)電荷A和B帶電荷量分別為3.0108 C和2.41

9、08 C，彼此相距6 cm.若在兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)O處放一個(gè)半徑為1 cm的金屬球殼，求球殼感應(yīng)電荷在該中點(diǎn)處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度解析：q1在O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E1k3105 N/C，方向由O指向B；q2在O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E2k2.4105 N/C，方向由O指向B；設(shè)感應(yīng)電荷在O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為E3，由靜電平衡條件知E3E1E25.4105 N/C，方向由O指向A.靜電屏蔽現(xiàn)象的分析例題3：將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)(不與球接觸)，另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近，如右圖所示，于是有()AA向左偏離豎直方向，B向右偏離豎直方向BA的位置不變，B向右偏離豎直方向CA向左

10、偏離豎直方向，B的位置不變DA和B的位置都不變【思路點(diǎn)撥】小球A在金屬殼C內(nèi)，因金屬殼的屏蔽作用而不受B球電場(chǎng)的影響，由于A的作用，C球外殼帶正電將對(duì)B有力的作用解析：帶正電的小球A放在不帶電的空心球C內(nèi)，由于靜電感應(yīng)，空心球外殼帶正電，內(nèi)壁帶負(fù)電，因此B所在處有電場(chǎng)，所以B在電場(chǎng)力作用下向右偏而靠近C；由于空心球能屏蔽B球的電場(chǎng)，所以，A所在處場(chǎng)強(qiáng)為零，故A球不受電場(chǎng)力，位置不變故選B.答案：B【反思總結(jié)】對(duì)靜電屏蔽問題要區(qū)分是哪種屏蔽形式【隨堂練習(xí)】圖711如圖71所示，不帶電的導(dǎo)體B在靠近帶正電的導(dǎo)體A后，P端及Q端分別感應(yīng)出負(fù)電荷和正電荷，則以下說法正確的是()A若用導(dǎo)線將Q端接地，然

11、后斷開，再取走A，則導(dǎo)體B將帶負(fù)電B若用導(dǎo)線將Q端接地，然后斷開，再取走A，則導(dǎo)體B將帶正電C若用導(dǎo)線將Q端接地，然后斷開，再取走A，則導(dǎo)體B將不帶電D若用導(dǎo)線將P端接地，然后斷開，再取走A，則導(dǎo)體B將帶正電解析：用導(dǎo)線將Q接地后，導(dǎo)體B與地球構(gòu)成一個(gè)大導(dǎo)體，其距A較近的為P端，仍帶感應(yīng)負(fù)電荷；其距A較遠(yuǎn)處，不再是Q端，而是地球，將感應(yīng)出正電荷；而Q端成為大導(dǎo)體的中間部分將不會(huì)有感應(yīng)電荷。所以，導(dǎo)體B將帶負(fù)電荷。答案：A2在下列措施中，哪些能將產(chǎn)生的靜電導(dǎo)走()A飛機(jī)輪子上搭地線B印染車間保持濕度C復(fù)印圖片D電工鉗柄裝有絕緣套解析：飛機(jī)在飛行中與空氣摩擦?xí)r，飛機(jī)外表面聚集了大量靜電荷，降落時(shí)會(huì)

12、對(duì)地面人員帶來危害及火災(zāi)隱患，因此飛機(jī)降落時(shí)要及時(shí)導(dǎo)走機(jī)身聚集的靜電，采取的措施是在輪胎上安裝地線或用導(dǎo)電橡膠制造輪胎；在印染工作車間也同樣容易產(chǎn)生靜電，靜電給車間帶來火災(zāi)隱患，為防止火災(zāi)發(fā)生，其中安全措施之一就是保持車間濕度，從而通過濕潤的空氣及時(shí)導(dǎo)走靜電；在復(fù)印圖片環(huán)節(jié)中，剛好需要應(yīng)用靜電，在電工鉗柄裝有絕緣套是防止導(dǎo)電，保障電工的安全。答案：A、B3圖72中接地金屬球A的半徑為R，球外點(diǎn)電荷的電荷量為Q，到球心的距離為r。該點(diǎn)電荷的電場(chǎng)在球心處產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小等于()AkkBkkC0 Dk解析：由內(nèi)部合場(chǎng)強(qiáng)為零可知，感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與Q在該點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)等大反向，故E。答案：D4

13、如圖73所示，帶電體Q靠近一個(gè)接地空腔導(dǎo)體，空腔里面無電荷。在靜電平衡后，下列物理量中等于零的是()A導(dǎo)體腔內(nèi)任意點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)B導(dǎo)體腔內(nèi)任意點(diǎn)的電勢(shì)C導(dǎo)體外表面的電荷量D導(dǎo)體空腔內(nèi)表面的電荷量解析：靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，且內(nèi)表面不帶電，故選項(xiàng)A、D正確。由于導(dǎo)體接地，故整個(gè)導(dǎo)體的電勢(shì)為零，選項(xiàng)B正確。導(dǎo)體外表面受帶電體Q的影響，所帶電荷量不為零，故選項(xiàng)C不正確。答案：A、B、D5.如圖74所示，在真空中把一個(gè)導(dǎo)體向帶負(fù)電荷的小球慢慢靠近(不接觸)，下列說法正確的有()AB端的感應(yīng)電荷越來越多B導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度越來越大C導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)恒大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)D導(dǎo)體的感應(yīng)

14、電荷在M、N兩點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)相等解析：注意這是討論靜電感應(yīng)帶電體與導(dǎo)體慢慢靠近的過程，要注意電荷的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，由場(chǎng)強(qiáng)疊加的原理可知B端感應(yīng)電荷越來越多，A對(duì)；導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零，B錯(cuò)；因M點(diǎn)距離P較近，原場(chǎng)強(qiáng)大，感應(yīng)電荷的場(chǎng)強(qiáng)與原場(chǎng)強(qiáng)疊加為零，所以感應(yīng)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)。答案：A、C6.如圖75所示，為一空腔球形導(dǎo)體(不帶電)，現(xiàn)將一個(gè)帶正電的小金屬球A放入腔中，當(dāng)靜電平衡時(shí)，圖中a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E和電勢(shì)的關(guān)系是()AEaEbEc，abcBEaEbEc，abcCEaEbEc，abcDEaEcEb，abc解析：畫出導(dǎo)體空腔內(nèi)外的電場(chǎng)線分布，可以看出Eb0，但b0，EaEcEb，

15、由內(nèi)向外電勢(shì)依次降低，abc。答案：D7如圖76所示，將懸在絕緣細(xì)線上帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球殼B內(nèi)(與內(nèi)壁不接觸)。外加一個(gè)水平向右的場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，對(duì)于最后的結(jié)果，下列判斷正確的是()AB的右端帶正電，A向左偏BB的右端帶正電，A不偏左也不偏右CB的左端帶正電，A向右偏DB的左端帶負(fù)電，A不偏左也不偏右解析：導(dǎo)體空腔處于外電場(chǎng)中時(shí)，由于靜電感應(yīng)的作用，導(dǎo)體球殼的左端將感應(yīng)出負(fù)電荷，右端將感應(yīng)出正電荷，而導(dǎo)體空腔內(nèi)部完全不受外加電場(chǎng)的影響，故A不會(huì)偏轉(zhuǎn)，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確。答案：B、D8如圖77所示，帶正電的導(dǎo)體球A置于原來不帶電的空腔導(dǎo)體球B內(nèi)，a、c分別為導(dǎo)體A、B

16、內(nèi)的點(diǎn)，b為導(dǎo)體A和B之間的一點(diǎn)，下列說法正確的是()Aa、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)都相等Ba點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零，但電勢(shì)最高Cb點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零，但電勢(shì)大于零Da、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都為零解析：導(dǎo)體A、B各為一個(gè)等勢(shì)面，其內(nèi)的各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零，即EaEc0，帶正電的A在B的內(nèi)、外表面各感應(yīng)出負(fù)、正電荷，A外B內(nèi)的空間電場(chǎng)線方向由A指向B，Eb0，故電勢(shì)abc0，所以A錯(cuò)，B對(duì)，C、D錯(cuò)。答案：B9在一個(gè)導(dǎo)體球殼內(nèi)放一個(gè)電量為Q的點(diǎn)電荷，用Ep表示球殼外任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，則()A當(dāng)Q在球殼中央時(shí)，Ep0B不論Q在球殼內(nèi)何處，Ep一定為零C只有當(dāng)Q在球心且球殼接地時(shí)，Ep0D只要球殼接地，不論Q在球殼內(nèi)何處，Ep0解析：Q在

17、球殼內(nèi)任何位置，只會(huì)影響球殼內(nèi)的負(fù)電荷分布；球殼外部帶正電荷會(huì)使外部場(chǎng)強(qiáng)不為零，所以A、B錯(cuò)。而球殼接地會(huì)使外部電荷導(dǎo)入大地，所以外部場(chǎng)強(qiáng)才會(huì)為零，故C也錯(cuò)，選D。答案：D10.圖78如圖78所示，一導(dǎo)體球A帶有正電荷，當(dāng)只有它存在時(shí)，它在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為EA。在A球球心與P點(diǎn)連線上有一帶負(fù)電的點(diǎn)電荷B，當(dāng)只有它存在時(shí)，它在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為EB。當(dāng)A、B同時(shí)存在時(shí)，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理，P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小應(yīng)為()AEB BEAEBC|EAEB| D以上說法都不對(duì)解析：當(dāng)帶電導(dǎo)體球周圍無其他導(dǎo)體或帶電體存在時(shí)，導(dǎo)體球上的電荷將均勻分布在導(dǎo)體球表面。根據(jù)題意均勻分布在導(dǎo)體球上的電荷在P點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為EA，當(dāng)把點(diǎn)電荷放在B點(diǎn)后，雖然導(dǎo)體球所帶的總電荷量未變，但因靜電感應(yīng)，導(dǎo)體球上的電荷將重新分布，直到達(dá)到靜電平衡。這時(shí)，導(dǎo)體球上的電荷在P點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)EA不等于EA。由于點(diǎn)電荷不涉及電荷如何分布的問題，它在P點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與周圍是否存在其他電荷無關(guān)，所以仍為EB，當(dāng)點(diǎn)電荷與導(dǎo)體球A同時(shí)存在時(shí)，P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)由EA與EB疊加而成，而不是由EA與EB疊加，這樣對(duì)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理的