第九講靜現(xiàn)象及其應用

1、第九講靜電現(xiàn)象及其應用學習目標(1)知道靜電感應產(chǎn)生的原因,理解什么是靜電平衡狀態(tài)；(2)理解靜電平衡時,凈電荷只分布在導體外表且內(nèi)部場強處處為零；(3)知道靜電屏蔽及其應用.知識串講1、靜電感應：把金屬導體放在外電場E外中,由于導體內(nèi)的自由電子受電場力作用定向移動,使得導體兩端出現(xiàn)等量的異種電荷,這種由于導體內(nèi)的自由電子在外電場作用下重新分布的現(xiàn)象叫做靜電感應.(在靠近帶電體端感應出異種電荷,在遠離帶電體端感應出同種電荷).由帶電粒子在電場中受力去分析.靜電感應可從兩個角度來理解：根據(jù)同種電荷相排斥,異種電荷相吸引來解釋；也可以從電勢的角度來解釋,導體中的電子總是沿電勢高的方向移動.2、靜電

2、平衡狀態(tài)：發(fā)生靜電感應后的導體,兩端面出現(xiàn)等量感應電荷,感應電荷產(chǎn)生一個附加電場E附,這個E附與原電場方向相反,當E附增到與原電場等大時,(即E附與E外),合場強為零,自由電子定向移動停止,這時的導體處于靜電平平衡狀態(tài).注意：這沒有定向移動而不是說導體內(nèi)部的電荷不動,內(nèi)部的電子仍在做無規(guī)那么的運動.3、處于靜電平衡狀態(tài)的導體的特征：(1)內(nèi)部場強處處為零,電場線在導體內(nèi)部中斷.導體內(nèi)部的電場強度是外加電場和感應電荷產(chǎn)生電場這兩種電場疊加的結果.(2)整個導體是等勢體,外表是個等勢面；導體外表上任意兩點間電勢差為零.(由于假假設導體中某兩點電勢不相等,這兩點那么有電勢差,那么電荷就會定向運動)(

3、3)外表上任何一點的場強方向都跟該點外表垂直；(由于假假設內(nèi)部場強不為零,那么內(nèi)部電荷會做定向運動,那么就不是靜電平衡狀態(tài)了)(4)凈電荷分布在導體的外外表,內(nèi)部沒有凈電荷.曲率半徑小的地方,面電荷密度大,電場強,這是避雷針的原理.4、靜電屏蔽：處于靜電平衡狀態(tài)的導體,內(nèi)部的場強處處為零,導體殼(或金屬網(wǎng)罩)能把外電場遮住,使導體內(nèi)部區(qū)域不受外部電場的影響,這種現(xiàn)象就是靜電屏蔽.靜電屏蔽不是金屬網(wǎng)把外電場擋在了罩外面,而是外電場的金屬網(wǎng)上感應電荷的電場在罩內(nèi)合場強為零.課堂例題【例1】如圖1-7-1所示中的A是置于一絕緣支架上的帶正電的金屬球,B是放在A附近的絕緣枕形金屬導體,當發(fā)生靜電感應現(xiàn)

4、象到達穩(wěn)定狀態(tài)時,B的左端出現(xiàn)負電荷,右端出現(xiàn)正電荷.假設用導體將B的左端接地后,立即切斷接地導線并移開金屬球A,這時枕形導體B帶什么性質(zhì)的電荷？【例2】長為l的導體棒原來不帶電,現(xiàn)將一電荷量為q的點電荷放在與棒的左端距O【例3】如圖1-7-3所示,A、B、CD分別是金屬球殼內(nèi)或球殼外的四點,試判斷這四點處離為R的地方,如圖1-7-2所示,O點為棒內(nèi)的中點,到達靜電平衡后,求：(1)O點的場強；(2)點電荷q在O點處產(chǎn)生的場強的大小和方向；(3)感應電荷在0點處產(chǎn)生的場強的大小和方向.解析：由于正電荷附近的導體空殼在靜電平衡后右側帶負電,左側帶正電,感應電荷的電場點電荷的電場相互抵消,所以A點

5、場強為零.對于B點,由于導體球殼接地,導體球殼在靜電平衡后右端帶負電,同理B點場強也為零.對于C點,有三個電場在此疊加,即點電荷的電場,導體殼內(nèi)壁負感應電荷的電場和外壁正的感應電荷的電場,其中兩類感應電荷的電場正好相互抵消,C處的合場強為點電荷白電場,所以C的場強方向為與C的連線背離球心.對于D點,由于導體殼接地,所以與C點的情況不同的是少了導體球殼外壁正的感應電荷的電場,因此剩下的兩個電場相互抵消,D點場強為零.點評:從此題可以看出,空殼導體不管是否接地,都能“阻擋外電場的進入；而只有接地的空殼導體才能“阻擋內(nèi)部電場的“外泄C【變式練習1】如圖1-7-4所示,不帶電的空殼球體中央放一點電荷,

6、用Ea、Eb、Ec分別表示這三點電場強度的大小,用A、B、C表示這三點電勢的上下,那么Ea、Eb、Ec的大小關系為；A、B、C的上下關系為 1.在電場中的導體處于靜電平衡時,一定為零的物理量是A.導體內(nèi)任意一點的電場強度B.導體內(nèi)任意一點的電勢C.導體外表任意一點的場強D.導體內(nèi)的凈電荷 2.一個帶電的金屬球,當它的帶電量加倍后,并到達穩(wěn)定時,其內(nèi)部的電場A.一定增強B.一定減弱C.可能增強也可能減弱 3.如圖1-7-5所示,金屬球A的半徑為R,球外負點電荷的電荷量為Q,它到球心的距離為r,該點電荷在球心處產(chǎn)生的場強為E.金屬球上感應電荷在球心處產(chǎn)生的場強E,方向.4.如圖1-7-6所示,在電

7、場強度為E的勻強電場中有A、B/B+兩點,兩點之間的距離為l,與電場方向之間的夾角為,那么主A、B兩點間的電勢差為uab；假設在AB之間放A一根金屬絲,那么那么AB兩點間的電勢差為UAB5.將懸掛在絕緣細線上帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球殼C內(nèi)與內(nèi)壁不接觸,另有一個懸掛在絕緣細線上帶負電的小球B向C靠近,如圖1-7-7所示,結果A.A、B均將向右偏B.A位置不變,B將向右偏C.A向左偏,B位置不變D.A向左偏,B向右偏6.如圖1-7-8所示,光滑導體板水平放置,其正上方固定一帶正電的點電荷,一帶正電的小球以v0的水平速度從板左端開始向右運動,.假設小球所帶電荷量不會傳到導體板上,那么小球

8、在沿導體板從上表面通過導體板的運動過程中所做的運動是7.具有一定厚度的空心金屬球殼的球心位置處放一正電荷,圖1-7-9中的四個圖畫出了其空間的電場的電場線情況,符合實際情況的是作業(yè)課時作業(yè)一第7節(jié)靜電現(xiàn)象的應用一、選擇題1 .人們在晚上脫衣服時,有時會看到火花四濺,并伴有“劈啪聲,這是由于A.衣服由于摩擦而產(chǎn)生了靜電8 .人體本身是帶電體C.空氣帶電,在衣服上放電所致D.以上說法均不正確2 .一金屬球,原來不帶電,圖1現(xiàn)沿球直徑的延長線放置一點電荷,如圖1所示.球內(nèi)直徑上a、b、c三點場強大小分別為日、E、E,三者相比A.Ea最大B.Eb最大C.Ec最大D.Ea=Eb=Ec3 .如圖2所示,_

9、彳桁足子sor+圖2把一個架在絕緣支架上的枕形導體放在正電荷形成的電場中.導體處于靜電平衡時,下列說法正確的選項是A. A、B兩點場強相等,且都為零B. A、B兩點場強不相等C.感應電荷產(chǎn)生的附加電場Ea<EbD.當電鍵S閉合時,電子從大地沿導線向?qū)w移動4 .如圖3所示,金屬球殼原來帶電,而驗電器原來不帶電,現(xiàn)將金屬球殼內(nèi)外表與驗電器的金屬小球相連.驗電器的金屬箔將圖3A.不會張開B.一定會張開C.先張開,后閉合D.可能張開5 .如圖4所示,兩個相同白空心金屬球M和N,M帶一Q電荷,N不帶電MN相距很遠,互不影響,旁邊各放一個不帶電的金屬球P和R,當將帶正電Q的小球分別放入M和N的空腔

10、中時MN圖4A. P、R上均出現(xiàn)感應電荷B. P、R上均沒有感應電荷C. P上有,而R上沒有感應電荷D. P上沒有,而R上有感應電荷6 .使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器,驗電器的箔片張開.以下各圖表示驗電器上感應電荷的分布情況,正確的選項是ABCD7 .如圖5所示,ACDB圖5A、B為兩個帶等量異號電荷的金屬球,將兩根不帶電的金屬棒CD放在兩球之間,那么卜列表達正確的選項是A.C棒的電勢一定高于D棒的電勢B.假設用導線將C棒的x端與D棒的y端連接起來的瞬間,將有從y流向x的電子流C.假設將B球接地,B所帶的負電荷全部流入大地D.假設將B球接地,B所帶的負電荷還將保存一局部二、計算論述題8.在

11、正點電荷Q附近有兩個絕緣導體MN,由于靜電感應發(fā)生了如圖6所示的電荷分布,當用導線將a、d兩點連接起來時,導線中是否有電流流過,如果有電流,電流的方向是怎樣的?9.如圖7所示,在孤立點電荷+Q形成的電場中,金屬圓盤A處于靜電平衡狀態(tài).假設金屬圓盤平面與點電荷在同一平面內(nèi),試在圓盤內(nèi)作出由盤上感應電荷形成的附加電場的三條電場線用實線表示,要求嚴格作圖參考答案1答案A2答案D3答案AD解析處于靜電平衡狀態(tài)的導體內(nèi)部合場強為零,所以A選項正確.當電鍵閉合,導體和大地是一個整體,導體處于這個整體的尖端,把負電荷從地球上吸引過來,所以D選項正確.4答案A5答案D解析當將帶正電Q的小球放入M的空腔中時,對

12、M產(chǎn)生靜電感應使M的內(nèi)外表帶負電,而外外表帶正電,其電荷量為Q它與原來金屬球M外外表所帶的-Q正好中和,使外外表不帶電,實際上是M所帶-Q被吸引至內(nèi)外表,所以金屬球M外部不存在電場,不能對P產(chǎn)生靜電感應,P上沒有感應電荷.當將帶正電Q的小球放入原來不帶電的N的空腔中時,對N產(chǎn)生靜電感應,使N內(nèi)外表帶負電荷,N外外表帶正電荷,N外部有電場,對R產(chǎn)生靜電感應,使左端帶負電,右端帶正電.選項D正確.6答案B解析帶負正電的金屬球靠近不帶電的驗電器時,在驗電器上感應出異種電荷,驗電器的頂端帶上了正負電荷,金屬箔片帶上了負正電.7答案ABD解析由圖所示的電場線方向可知ARCD的電勢上下為LA>U>UD>IB.當用導線將C棒的x端與D棒的y端連接的瞬間,將有自由電子從電勢低的D棒流向電勢高的C棒,這時C與D已通過導線連接為一個導體了,靜電平衡后,它們的電勢相等,C的x端仍帶負電,D的y端