物理選修31人教全程導(dǎo)學(xué)筆記課件第一章靜電場7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用

7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用第一章

靜電場[課時要求]

1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡產(chǎn)生的條件.2.掌握靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點.3.了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實基礎(chǔ)重點探究啟迪思維探究重點達標檢測檢測評價達標過關(guān)自主預(yù)習(xí)一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場和電荷分布1.靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體中(包括表面上)沒有電荷

的狀態(tài).2.靜電平衡狀態(tài)的特征：(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的電場

.(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，外部表面附近任何一點的場強方向必跟該點的表面

.(3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個

，導(dǎo)體的表面為

.3.導(dǎo)體上電荷的分布：(1)導(dǎo)體

沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的

.(2)在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)

，_____的位置幾乎沒有電荷.定向移動處處為0垂直等勢體等勢面內(nèi)部表面凹陷越大二、尖端放電和靜電屏蔽1.空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷

很大，附近的電場很強，空氣中殘留的帶電粒子在

的作用下發(fā)生劇烈的運動，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正負電荷

的現(xiàn)象.2.尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被_____而奔向尖端，與尖端上的電荷

，相當于導(dǎo)體從尖端

的現(xiàn)象.尖端放電的應(yīng)用與防止：(1)應(yīng)用：

是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施.(2)防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量

會減少電能的損失.密度強電場吸引分離中和失去電荷避雷針光滑3.靜電屏蔽：金屬殼或金屬網(wǎng)的空腔內(nèi)不受外界電場的影響，殼(網(wǎng))內(nèi)電場強度保持為

，外電場對殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會產(chǎn)生影響，金屬殼(網(wǎng))的這種作用叫做

.靜電屏蔽的應(yīng)用：電學(xué)儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導(dǎo)線與大地相連.0靜電屏蔽[即學(xué)即用]判斷下列說法的正誤.(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部任意兩點間的電勢差為零.(

)(2)處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場強度處處為0.(

)(3)靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子處于靜止狀態(tài).(

)(4)避雷針能避免建筑物被雷擊是因為云層中帶的電荷被避雷針通過導(dǎo)線導(dǎo)入大地.(

)(5)用金屬網(wǎng)把驗電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗電器(金屬球在金屬網(wǎng)罩外)，則驗電器箔片能張開.(

)(6)電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，目的是銅絲衣服有屏蔽作用，使體內(nèi)場強為零.(

)××√×√√答案重點探究[導(dǎo)學(xué)探究]如圖1所示，不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號電荷.請思考下列問題：(1)自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向如何？一、靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體圖1答案

自由電子受外加電場的電場力作用而移動，向著與電場相反的方向定向移動.答案(2)自由電子能否一直定向移動？為什么？答案

不能.感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與外加電場反向，阻礙電子的定向移動，當這兩個電場大小相等時，電子的定向移動終止.[知識深化]1.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強為零的本質(zhì)是外電場E0和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場E′的合場強為0，即E0＝－E′.2.孤立的帶電導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場強為0的本質(zhì)是分布在導(dǎo)體外表面的電荷在導(dǎo)體內(nèi)部的合場強為0.3.處于靜電平衡的導(dǎo)體是等勢體，表面是等勢面，所以導(dǎo)體表面的電場線應(yīng)與導(dǎo)體表面垂直.例1處于靜電平衡中的導(dǎo)體，內(nèi)部場強處處為零的原因是A.此時導(dǎo)體處于不帶電的狀態(tài)B.所有感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的合場強為零C.外電場和所有感應(yīng)電荷的電場在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的合場強為零D.以上解釋都不正確√解析

導(dǎo)體在電荷q的電場中處于靜電平衡狀態(tài)時，在導(dǎo)體內(nèi)部任意一點，感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場的場強與電荷q產(chǎn)生的場強大小相等，方向相反，此時導(dǎo)體的內(nèi)部場強處處為0，電荷只分布在導(dǎo)體的表面，且整個導(dǎo)體是一個等勢體，故A、B、D錯誤，C正確.解析答案靜電平衡時，導(dǎo)體上的電荷分布有：(1)凈電荷只分布在導(dǎo)體表面，內(nèi)部沒有凈電荷.(2)感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反，電荷量相等，近異遠同，如圖2甲所示.(3)凈電荷在導(dǎo)體表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖乙所示.二、導(dǎo)體上電荷的分布甲乙圖2例2如圖3所示，把一個帶正電的小球放入原來不帶電的金屬空腔球殼內(nèi)并接觸，其結(jié)果可能是A.只有球殼外表面帶正電B.球殼的內(nèi)表面帶負電，外表面帶正電C.球殼的內(nèi)、外表面都帶正電D.球殼的內(nèi)表面帶正電，外表面帶負電解析

小球與球殼接觸構(gòu)成一個新導(dǎo)體，它的電荷量都分布在新導(dǎo)體的外表面，即只有球殼外表面帶正電，A對，B、C、D錯答案解析圖3√針對訓(xùn)練1如圖4所示，在絕緣板上放有一個不帶電的金箔驗電器A和一個帶正電荷的空腔導(dǎo)體B.下列實驗方法中不能使驗電器箔片張開的是A.用取電棒C(帶絕緣柄的導(dǎo)體棒)先跟B的內(nèi)壁接觸一下后再跟A接觸B.用取電棒C先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸C.用帶絕緣皮的導(dǎo)線把驗電器A跟取電棒C的導(dǎo)體部分相連，再把取電

棒C與B的內(nèi)壁接觸D.使驗電器A靠近B答案解析√圖4解析

A項中取電棒先和B的內(nèi)壁接觸后，由于B的內(nèi)壁本身沒有電荷，所以再接觸A時驗電器箔片不張開；B項中可以使C球帶電，從而使A帶電；C項中用絕緣導(dǎo)線實際上是將驗電器A和B連成了一個導(dǎo)體，A因接觸而帶電；D項中是感應(yīng)起電.故選項A不能使驗電器箔片張開.三、尖端放電靜電屏蔽[導(dǎo)學(xué)探究]

(1)避雷針是利用尖端放電保護建筑物的一種設(shè)施，其原理是什么？答案

導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場很強，空氣中殘留的帶電粒子在強電場的作用下發(fā)生劇烈的運動，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正、負電荷分離.這個現(xiàn)象叫做空氣的電離.中性的分子電離后變成帶負電的自由電子和失去電子而帶正電的離子.這些帶電粒子在強電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子.那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當于導(dǎo)體從尖端失去電荷.答案(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部場強處處為零，若導(dǎo)體是空心的，則空心部分的場強怎樣？靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？答案

空心部分場強為零.靜電屏蔽是利用“處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零”，即使內(nèi)部有自由電子，受到的電場力也為0，自由電子不發(fā)生定向移動.答案[知識深化]1.靜電屏蔽的實質(zhì)靜電屏蔽的實質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內(nèi)兩種電場并存，矢量和為零.2.靜電屏蔽的兩種情況

導(dǎo)體外部電場不影響導(dǎo)體內(nèi)部接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場不影響導(dǎo)體外部圖示實現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場強為零，達到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當空腔外部接地時，外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導(dǎo)體，不能是絕緣體解析

因為金屬殼的外表面接地，所以外表面無感應(yīng)電荷，只有內(nèi)表面有感應(yīng)電荷分布，且由于A帶正電，則B的內(nèi)表面帶負電，D對，B、C錯；B的空腔內(nèi)有帶正電的小球A產(chǎn)生的電場和金屬殼內(nèi)表面感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場，由電場疊加知，電場線的方向由A指向B，所以空腔內(nèi)電場強度不為零，A錯.例3如圖5所示，把原來不帶電的金屬殼B的外表面接地，將一帶正電的小球A從小孔中放入金屬殼內(nèi)，但不與B發(fā)生接觸，達到靜電平衡狀態(tài)后，則A.B的空腔內(nèi)電場強度為零

B.B不帶電C.B的外表面帶正電

D.B的內(nèi)表面帶負電答案√圖5解析針對訓(xùn)練2

(多選)如圖6所示，放在絕緣臺上的金屬網(wǎng)罩B內(nèi)放有一個不帶電的驗電器C，如把一帶有正電荷的絕緣體A移近金屬網(wǎng)罩，則A.在B的內(nèi)表面帶正電荷B.在B的右側(cè)外表面帶正電荷C.驗電器C的金屬箔片將張開D.B的左右兩側(cè)電勢相等答案√圖6解析√解析

靜電平衡時，電荷分布于導(dǎo)體的外表面上，所以選項A錯誤；由于產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使B金屬網(wǎng)罩的左側(cè)外表面感應(yīng)出負電荷，所以B的右側(cè)外表面感應(yīng)出正電荷，選項B正確；由于靜電屏蔽，金屬網(wǎng)罩內(nèi)電場強度為零，故C上無感應(yīng)電荷，驗電器的金屬箔片不會張開，選項C錯誤；由靜電屏蔽特點知，導(dǎo)體是等勢體，導(dǎo)體表面是等勢面，所以選項D正確.達標檢測1.(靜電屏蔽)請用學(xué)過的電學(xué)知識判斷下列說法正確的是A.電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全B.制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好C.小鳥停在單根高壓輸電線上會被電死D.打雷時，待在汽車里比待在木屋里要危險√答案解析1234解析

電工穿絕緣衣容易產(chǎn)生大量的靜電，反而比較危險，選項A錯誤；塑料油桶會因摩擦而帶電，因為塑料是絕緣材料，不能把電荷導(dǎo)走，所以塑料油桶內(nèi)易產(chǎn)生火花導(dǎo)致塑料油桶爆炸，選項B正確；小鳥停在單根高壓輸電線上時，加在小鳥兩腿間的電壓非常小，小鳥不會被電死，選項C錯誤；打雷時，待在汽車里，汽車的金屬外殼起到靜電屏蔽的作用，而木屋沒有靜電屏蔽作用，所以待在汽車里比待在木屋里要安全，選項D錯誤.故選B.12342.(靜電平衡的理解)在點電荷－Q的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓平面與點電荷在同一平面內(nèi)，則盤上感應(yīng)電荷在盤中A點所激發(fā)的附加場強E′的方向在下圖中正確的是答案解析

感應(yīng)電荷在盤中A點激發(fā)的附加場強E′應(yīng)與－Q在A點產(chǎn)生的場強等大反向，故A正確.解析√12343.(導(dǎo)體的電荷分布)金屬球殼(開口很小)原來帶有電荷，而驗電器原來不帶電，如圖7所示，現(xiàn)將金屬球殼內(nèi)表面與驗電器的金屬小球用細導(dǎo)線相連，驗電器的金屬箔片將A.不會張開

B.一定會張開C.先張開，后閉合 D.可能會張開答案解析圖7解析

金屬球殼上的凈電荷僅分布在外表面，細導(dǎo)線將球殼內(nèi)壁與驗電器連接后，驗電器看做是金屬球殼的外部.√12344.(靜電屏蔽)如圖8所示，將懸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