2020版高中物理第九章靜電場(chǎng)及其應(yīng)用4靜電的防止與利用課件新人教版必修第三冊(cè)

1、4.靜電的防止與利用必備知識(shí)自我檢測(cè)一、靜電平衡1.靜電平衡:金屬導(dǎo)體放到電場(chǎng)中,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在靜電力作用下,將向著與電場(chǎng)相反的方向定向移動(dòng)。在導(dǎo)體的兩個(gè)側(cè)面上將出現(xiàn)正負(fù)電荷,直到導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E=0,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng),這時(shí)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡。2.導(dǎo)體兩面出現(xiàn)的正負(fù)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的電場(chǎng)E與外加電場(chǎng)E0的方向相反,當(dāng)這兩個(gè)電場(chǎng)疊加使導(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)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng),導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)。處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為0。必備知識(shí)自我檢測(cè)二、尖端放電1.靜電平衡的導(dǎo)體上的電荷分布特點(diǎn):(1)導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈剩電荷,電荷只

2、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(單位面積的電荷量)越大。2.空氣的電離:導(dǎo)體尖端的電荷密度很大,附近的電場(chǎng)很強(qiáng)的地方,空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng),并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負(fù)電荷分離。3.尖端放電現(xiàn)象:空氣電離形成的與導(dǎo)體尖端電荷符號(hào)相反的電荷,由于被尖端電荷吸引而奔向尖端,與尖端的電荷中和,這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷,這種現(xiàn)象叫尖端放電。4.尖端放電的應(yīng)用與防止:避雷針應(yīng)用尖端放電原理;高壓設(shè)備中的導(dǎo)體表面盡量光滑是為了防止尖端放電。必備知識(shí)自我檢測(cè)三、靜電屏蔽1.靜電屏蔽:金屬殼達(dá)到靜電平衡時(shí),其內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度保持為0,外部電場(chǎng)對(duì)

3、殼內(nèi)的儀器不會(huì)產(chǎn)生影響。金屬殼的這種作用叫靜電屏蔽。2.應(yīng)用高壓輸電線的上方有兩條導(dǎo)線,它們與大地相連,形成一個(gè)稀疏的金屬網(wǎng),把高壓線屏蔽起來(lái),免遭雷擊。四、靜電吸附1.在電場(chǎng)中,帶電粒子受到靜電力的作用向著電極運(yùn)動(dòng),最后被吸附在電極上。2.應(yīng)用:靜電除塵,靜電噴漆,靜電復(fù)印。必備知識(shí)自我檢測(cè)1.正誤判斷。(1)靜電平衡時(shí),導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再定向移動(dòng)。 ()解析:靜電平衡時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零,自由電子不再定向移動(dòng)。答案:(2)靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零。 ()解析:靜電平衡時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部感應(yīng)電荷的電場(chǎng)與原電場(chǎng)疊加,合電場(chǎng)強(qiáng)度為零。答案:2.用反證法說(shuō)明靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處

4、為零。答案:如果靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度不為0,那么自由電子就要在靜電力的作用下做定向移動(dòng),那就不是靜電平衡狀態(tài)了。探究一探究二隨堂檢測(cè) 靜電平衡 情景導(dǎo)引如圖所示,把一個(gè)不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場(chǎng)中,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動(dòng),從而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷。請(qǐng)思考下列問(wèn)題:(1)自由電子定向移動(dòng)的原因是什么?定向移動(dòng)的方向如何?(2)自由電子能否一直定向移動(dòng)?為什么?探究一探究二隨堂檢測(cè)要點(diǎn)提示:(1)自由電子受外加電場(chǎng)的靜電力作用而移動(dòng),向著與電場(chǎng)相反的方向定向移動(dòng)。(2)不能。感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外加電場(chǎng)反向,阻礙電子的定向移動(dòng),當(dāng)這兩個(gè)電場(chǎng)大小相等時(shí),電子的定向移動(dòng)終止。探究一

5、探究二隨堂檢測(cè)知識(shí)歸納1.靜電平衡:金屬導(dǎo)體放到電場(chǎng)中,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在靜電力作用下,將向著與電場(chǎng)相反的方向定向移動(dòng)。在導(dǎo)體的兩個(gè)側(cè)面上將出現(xiàn)正負(fù)電荷。導(dǎo)體兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)的正負(fù)感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的附加電場(chǎng)E與外加電場(chǎng)E0的方向相反,附加電場(chǎng)阻礙自由電子的定向移動(dòng),只要外電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度大于附加電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度,自由電子的定向移動(dòng)就會(huì)繼續(xù)進(jìn)行,導(dǎo)體兩個(gè)側(cè)面的感應(yīng)電荷就會(huì)進(jìn)一步增加,附加電場(chǎng)就會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng),當(dāng)這兩個(gè)電場(chǎng)疊加使導(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)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng),導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡。探究一探究二隨堂檢測(cè)2.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為0。3.處于靜電平衡的導(dǎo)

6、體電荷只分布在導(dǎo)體的外表面,導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈剩電荷。形狀不規(guī)則的導(dǎo)體外表面,電荷分布不均勻,電場(chǎng)強(qiáng)度也不相等。越尖銳的位置,電荷的密度越大,周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度越大。4.一個(gè)孤立的帶電導(dǎo)體,在自身所帶電荷的電場(chǎng)中,處于靜電平衡狀態(tài),具有靜電平衡的所有特點(diǎn)。探究一探究二隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例1如圖所示,把一個(gè)架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中,導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。下列說(shuō)法正確的是()A.導(dǎo)體內(nèi)部A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度B.感應(yīng)電荷在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生的附加電場(chǎng)強(qiáng)度EA=EBC.感應(yīng)電荷在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生的附加電場(chǎng)強(qiáng)度EAEB,B、C錯(cuò)誤;當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動(dòng),中和導(dǎo)體

7、B端多余的正電荷,D正確。答案:D探究一探究二隨堂檢測(cè)規(guī)律方法 求解感應(yīng)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度的方法轉(zhuǎn)化為外電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí),內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零,即感應(yīng)電荷的電場(chǎng)與外電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和為零。即在導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn),感應(yīng)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度與外電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反。據(jù)此,只要求出外電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度,也就求出了感應(yīng)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度。探究一探究二隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練一金屬球,原來(lái)不帶電?，F(xiàn)沿球的直徑的延長(zhǎng)線放置一均勻帶電的細(xì)桿MN,如圖所示。金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在球內(nèi)直徑上a、b、c三點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小分別為Ea、Eb、Ec,三者相比()A.Ea最大B.Eb最大C.Ec最大D.Ea=Eb=

8、Ec探究一探究二隨堂檢測(cè)解析:處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零,故a、b、c三點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度都為零。靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零是感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外電場(chǎng)疊加的結(jié)果,所以感應(yīng)電荷在球內(nèi)某點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度與MN在這一點(diǎn)形成的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度等大反向,比較a、b、c三點(diǎn)感應(yīng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度,實(shí)質(zhì)上是比較帶電體MN的電場(chǎng)在這三點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,由于c點(diǎn)離MN最近,故MN的電場(chǎng)在c點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度最大,感應(yīng)電荷電場(chǎng)在c點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度也最大,故C對(duì)。答案:C探究一探究二隨堂檢測(cè)尖端放電和靜電屏蔽情景導(dǎo)引1.避雷針是利用尖端放電保護(hù)建筑物的一種設(shè)施,其原理是什么?2.靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的?要點(diǎn)提示

9、:1.當(dāng)帶電的雷雨云接近建筑物時(shí),由于靜電感應(yīng),金屬棒出現(xiàn)與云層相反的電荷。通過(guò)尖端放電,這些電荷不斷向大氣釋放,中和空氣中的電荷,使建筑物避免雷擊。2.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零,即使導(dǎo)體殼外有電場(chǎng),由于殼內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度保持為0,外電場(chǎng)對(duì)殼內(nèi)的物體不會(huì)產(chǎn)生影響。探究一探究二隨堂檢測(cè)知識(shí)歸納1.尖端放電:導(dǎo)體尖端電荷密度大,周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度大,把周圍的空氣電離,帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速撞擊空氣中的其他分子使它們進(jìn)一步電離,所帶電荷與導(dǎo)體尖端電性相反的粒子被吸引而奔向尖端與尖端上的電荷中和。2.靜電屏蔽(1)靜電屏蔽的實(shí)質(zhì):靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象,使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電

10、場(chǎng)和外加電場(chǎng)矢量和為零,好像是金屬殼將外電場(chǎng)“擋”在外面,即所謂的屏蔽作用,其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場(chǎng)并存,矢量和為零而已。探究一探究二隨堂檢測(cè)(2)靜電屏蔽的兩種情況導(dǎo)體外部的電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體內(nèi)部如圖,把驗(yàn)電器靠近帶電體,箔片會(huì)張開(kāi),但如果把驗(yàn)電器置于金屬網(wǎng)罩內(nèi),再靠近帶電體,箔片不再?gòu)堥_(kāi),說(shuō)明網(wǎng)罩內(nèi)不受外電場(chǎng)的影響。探究一探究二隨堂檢測(cè)接地導(dǎo)體的內(nèi)部電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體外部如圖,如果一封閉的導(dǎo)體球殼內(nèi)部空間有一點(diǎn)電荷+q。由于靜電感應(yīng),導(dǎo)體球殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷,其電場(chǎng)線分布如圖甲所示;當(dāng)把導(dǎo)體球殼接地后,+q在殼內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)外部空間就沒(méi)有影響了,此時(shí)的電場(chǎng)線分布如圖乙所示。畫(huà)龍點(diǎn)睛 金屬罩中

11、放導(dǎo)體,外來(lái)電場(chǎng)能屏蔽,內(nèi)生電場(chǎng)外屏蔽,定是金屬罩接地,儀器戴上金屬罩,高壓作業(yè)穿金衣。探究一探究二隨堂檢測(cè)例2下列實(shí)驗(yàn)中,驗(yàn)電器的金屬箔片會(huì)張開(kāi)的是。 解析:A中不會(huì)張開(kāi),金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場(chǎng)。B中會(huì)張開(kāi),因?yàn)榻饘倬W(wǎng)未接地,網(wǎng)內(nèi)的帶電體可以對(duì)外界產(chǎn)生影響。C中不會(huì)張開(kāi),因?yàn)榻饘倬W(wǎng)已接地,網(wǎng)內(nèi)的帶電體對(duì)網(wǎng)外無(wú)影響,網(wǎng)外的帶電體對(duì)網(wǎng)內(nèi)也無(wú)影響。答案:B探究一探究二隨堂檢測(cè)1.一個(gè)帶電的金屬球,當(dāng)它帶的電荷量增加后(穩(wěn)定),其內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度()A.一定增強(qiáng)B.不變C.一定減弱D.可能增強(qiáng),也可能減弱解析:孤立帶電金屬球處于靜電平衡,則內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零,電荷量增加,瞬間再次達(dá)到靜電平衡,使電場(chǎng)強(qiáng)度仍為零。答案:B探究一探究二隨堂檢測(cè)2.如圖所示,將一個(gè)帶正電的小球Q放在本身不帶電的枕形導(dǎo)體AB靠近A端一側(cè),由于靜電感應(yīng),枕形導(dǎo)體的A、B兩端分別出現(xiàn)“-”“+”感應(yīng)電荷。則以下說(shuō)法中正確的是()A.A端接一下地,導(dǎo)體將帶正電荷B.A端接一下地,