選修3-1第一章第7節(jié)《靜電現(xiàn)象的應(yīng)用》導(dǎo)學(xué)案

1、課時(shí)1.7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用1.通過(guò)對(duì)靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的自由電荷運(yùn)動(dòng)情況的討論,了解靜電平衡的概念,知道靜電平衡的導(dǎo)體的特征。2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解靜電平衡時(shí)帶電導(dǎo)體上電荷的分布。3.了解尖端放電和靜電屏蔽現(xiàn)象,關(guān)注生活、生產(chǎn)中的靜電現(xiàn)象。1.靜電平衡的定義當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的合電場(chǎng)強(qiáng)度等于0時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)。這時(shí)我們就說(shuō)導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡。2.處于靜電平衡的導(dǎo)體的特征 (1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部的電場(chǎng)處處為零。  (2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,其外表面附近任何一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向必定與這點(diǎn)表面垂直。 (3)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。3.靜電

2、平衡時(shí)導(dǎo)體上的電荷分布特點(diǎn)(1)導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的表面。(2)在導(dǎo)體的外表面,越尖銳的位置電荷的密度越大,凹陷的位置幾乎沒(méi)有電荷。4.尖端放電導(dǎo)體的尖端附近的電場(chǎng)很強(qiáng),會(huì)使周圍空氣電離,電離產(chǎn)生的與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子與尖端上的電荷中和,相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷,這種現(xiàn)象叫作尖端放電。5.靜電屏蔽由于導(dǎo)體殼內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度保持為零,殼外電場(chǎng)不會(huì)對(duì)殼內(nèi)儀器產(chǎn)生影響,金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽。 主題1:探究靜電平衡閱讀教材中“靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)”部分的內(nèi)容,參看下圖回答下列問(wèn)題。(1)如圖甲所示,為什么金屬導(dǎo)體在電場(chǎng)E0中會(huì)有電荷定向移動(dòng)?把絕緣體也放入

3、電場(chǎng)E0中也會(huì)有電荷定向移動(dòng)嗎?(2)如圖乙所示,當(dāng)導(dǎo)體ABCD的兩面分別聚集正負(fù)電荷時(shí),會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果? (3)如圖丙所示,為什么處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)處處為零?導(dǎo)體內(nèi)自由電子是否會(huì)一直定向移動(dòng)?(4)用什么方法可以證明處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的外表面附近任何一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度必定與這點(diǎn)表面垂直?主題2:導(dǎo)體上電荷的分布閱讀教材中“導(dǎo)體上電荷的分布”的相關(guān)內(nèi)容,試回答處于靜電平衡的導(dǎo)體上電荷的分布情況有什么特點(diǎn)。主題3:尖端放電閱讀教材中“尖端放電”部分的內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)為什么導(dǎo)體尖端附近的空氣容易發(fā)生電離?(2)“尖端放電”是不是導(dǎo)體尖端的電荷跑到空氣中去了?(3)聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)、生

4、活,有什么地方利用和避免產(chǎn)生“尖端放電”?主題4:靜電屏蔽閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)進(jìn)行如圖甲、乙所示的實(shí)驗(yàn),當(dāng)絕緣金屬球d與帶電驗(yàn)電器B的空心金屬筒C外表面接觸后再接觸不帶電驗(yàn)電器A,發(fā)現(xiàn)了什么現(xiàn)象?當(dāng)絕緣金屬球與帶電驗(yàn)電器B的空心金屬筒C內(nèi)表面接觸后再接觸不帶電驗(yàn)電器A,又發(fā)現(xiàn)了什么現(xiàn)象?從中可以得出什么結(jié)論?(2)靜電屏蔽利用了導(dǎo)體的什么性質(zhì)?實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽是不是一定要用密封的空心金屬?1.避雷針能夠避免建筑物被雷擊的原因是()。A.云層中所帶的電荷被避雷針通過(guò)導(dǎo)線導(dǎo)入了大地B.避雷針的尖端向云層放電,中和了云層中的電荷C.云層與避雷針發(fā)生摩擦,避雷針上產(chǎn)生的電荷被導(dǎo)入大地

5、D.以上解釋都不正確2.專門(mén)用來(lái)運(yùn)輸柴油、汽油的油罐車,在其尾部都裝有一條拖在地上的鐵鏈。關(guān)于鐵鏈的作用,下列說(shuō)法正確的是()。A.讓鐵鏈與路面摩擦產(chǎn)生靜電,使油罐車積累一定的靜電荷B.讓鐵鏈發(fā)出聲音,以引起其他車輛的注意C.由于罐體與油摩擦產(chǎn)生了靜電,罐體上的靜電被鐵鏈導(dǎo)入大地,從而避免了火花放電D.由于罐體與油摩擦產(chǎn)生了靜電,鐵鏈將油的靜電導(dǎo)入大地,從而避免了火花放電3.如圖所示,把一個(gè)架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在一正電荷形成的電場(chǎng)中。導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí),下列說(shuō)法正確的是()。A.A、B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相等,且都為零B.A、B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度不相等C.感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)EA<EBD.當(dāng)開(kāi)

6、關(guān)S閉合時(shí),電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動(dòng)4.下列說(shuō)法正確的是()。A.一定要用密閉的金屬容器才能實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽B.金屬網(wǎng)也能實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽C.在紙筒子外面包裹一層金屬箔也能實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽D.帶電作業(yè)的工人穿戴含有金屬絲編織的衣服更安全拓展一、靜電平衡下的導(dǎo)體1.如圖所示,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)連線上放一帶負(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)電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理,P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小應(yīng)為()。A.EBB.EA+EBC.|EA-EB|D.以上說(shuō)法都不對(duì)拓展二、靜電屏蔽的應(yīng)用2.將懸掛

7、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)(不和球壁接觸),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,如圖所示。下列說(shuō)法正確的有()。A.A往左偏離豎直方向,B往右偏離豎直方向B.A的位置不變,B往右偏離豎直方向C.A往左偏離豎直方向,B的位置不變D.A和B的位置都不變拓展三、靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體特征的應(yīng)用3.如圖所示,水平放置的長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒原來(lái)不帶電,現(xiàn)將一帶電荷量為q的點(diǎn)電荷放在距棒左端為R的某點(diǎn)。當(dāng)導(dǎo)體棒達(dá)到靜電平衡時(shí),棒上感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)O處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為,方向?yàn)椤?#160;靜電現(xiàn)象的應(yīng)用靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)的特點(diǎn)導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零電場(chǎng)線與導(dǎo)體

8、表面垂直導(dǎo)體表面是等勢(shì)面,導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上尖端放電避雷針靜電屏蔽答案課時(shí)1.7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用知識(shí)體系梳理合電場(chǎng)強(qiáng)度自由電子定向零垂直等勢(shì)等勢(shì)表面尖銳凹陷強(qiáng)相反中和零影響重點(diǎn)難點(diǎn)探究主題1:(1)因?yàn)榻饘賹?dǎo)體內(nèi)有可以自由移動(dòng)的電子,所以這些自由電子在電場(chǎng)E0中受到靜電力的作用發(fā)生定向移動(dòng)。雖然絕緣材料內(nèi)部也有電荷,但不能自由移動(dòng),所以把絕緣體放入電場(chǎng)E0中,電荷雖然也受到靜電力作用,卻不會(huì)定向移動(dòng)。(2)當(dāng)導(dǎo)體ABCD的兩面分別聚集正負(fù)電荷時(shí),在導(dǎo)體內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生與E0方向相反的電場(chǎng)E',如題圖乙中的虛線所示,這兩個(gè)電場(chǎng)疊加,使導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度減弱。(3)由于只要導(dǎo)

9、體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零,自由電子就會(huì)繼續(xù)定向移動(dòng),導(dǎo)體ABCD兩面的正負(fù)電荷就會(huì)繼續(xù)增加,使電場(chǎng)E'增強(qiáng),直到導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)合電場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí),導(dǎo)體內(nèi)自由電子不再移動(dòng),這就是所謂的“靜電平衡狀態(tài)”。(4)可以用“反證法”,如圖所示,假設(shè)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的外表面附近A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度EA與這點(diǎn)表面不垂直,那么電場(chǎng)強(qiáng)度EA可以分解為與導(dǎo)體表面的切向分量E和法向分量E,導(dǎo)體上的自由電子就會(huì)在E的作用下發(fā)生定向移動(dòng),與導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)的前提相矛盾,故假設(shè)不成立,由此可知處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的外表面附近任何一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度必定與這點(diǎn)表面垂直。主題2:(1)導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的外表

10、面,導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零。(2)電荷分布不均勻,越尖的地方電荷分布越多,越平的地方電荷分布越少。在導(dǎo)體的表面,越尖銳的位置,電荷的密度越大,凹陷的位置幾乎沒(méi)有電荷。主題3:(1)由于導(dǎo)體的尖端的電荷密度很大,附近電場(chǎng)強(qiáng)度很強(qiáng),導(dǎo)致附近空氣中殘留的離子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng),把空氣分子撞散,所以導(dǎo)體尖端附近的空氣更容易電離。(2)“尖端放電”并不是導(dǎo)體尖端的電荷跑到空氣中去,而是空氣電離產(chǎn)生的符號(hào)相反的電荷奔向尖端,與尖端的電荷中和了。(3)避雷針、電子點(diǎn)火器等就是利用尖端放電設(shè)施;高壓設(shè)備要做到表面光滑就是要避免尖端放電造成危險(xiǎn)和電能損失。主題4:(1)當(dāng)絕緣金屬球d與帶電驗(yàn)電器B的空心金屬筒C外表面接

11、觸后再接觸不帶電驗(yàn)電器A,發(fā)現(xiàn)A的箔片張開(kāi);當(dāng)絕緣金屬球d與帶電驗(yàn)電器B的空心金屬筒C內(nèi)表面接觸后再接觸驗(yàn)電器A,發(fā)現(xiàn)A的箔片不張開(kāi)。由此可以看出電荷只分布在空心金屬筒外表面,其內(nèi)表面沒(méi)有電荷分布。(2)靜電屏蔽利用了處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)處處為零的性質(zhì),實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽不一定要用密封的空心金屬,金屬網(wǎng)也能起靜電屏蔽的作用?；A(chǔ)智能檢測(cè)1.B2.C3.AD4.BCD全新視角拓展1.D【解析】當(dāng)帶電導(dǎo)體球周圍無(wú)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A上的電荷在P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為EA,當(dāng)把點(diǎn)電荷B放在B點(diǎn)后,雖然導(dǎo)體球所帶的總電荷量不變,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)生的電場(chǎng)強(qiáng)度EA'不等于EA。由于點(diǎn)電荷B不涉及電荷如何分布的問(wèn)題,它在P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度與周圍是否存在其他電荷無(wú)關(guān),所以仍為EB。當(dāng)點(diǎn)電荷B與導(dǎo)體球A同時(shí)存在時(shí),P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)由EA'與EB疊加而成,而不是由EA與EB疊加,這樣就能立即斷定A、B、C三個(gè)選項(xiàng)都是不對(duì)的。2.B【解析】帶正電的小球A放在不帶電的空心球C內(nèi),通過(guò)靜電感應(yīng),空心球外殼帶正電,內(nèi)壁帶負(fù)電。因此,金屬空心球C外殼和帶電小球B帶異種電荷,