物理選修31人教全程導(dǎo)學(xué)筆記課件第一章靜電場7

7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用第一章

靜電場[學(xué)習(xí)目標(biāo)]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(diǎn).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(shí)基礎(chǔ)重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測檢測評價(jià)達(dá)標(biāo)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(diǎn)的場強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面

.(3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)

，導(dǎo)體的表面為

.定向移動(dòng)處處為0垂直等勢體等勢面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.內(nèi)部越大遠(yuǎn)離表面二、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(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在

的作用下發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng)，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正負(fù)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(dāng)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.密度分離吸引中和失去電荷避雷針光滑強(qiáng)電場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(qiáng)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靜電屏蔽答案[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(diǎn)間的電勢差為零.(

)(2)處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為0.(

)(3)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子處于靜止?fàn)顟B(tài).(

)(4)避雷針能避免建筑物被雷擊是因?yàn)樵茖又袔У碾姾杀槐芾揍樛ㄟ^導(dǎo)線導(dǎo)入大地.(

)(5)用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，則驗(yàn)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(qiáng)為零.(

)√√×××√重點(diǎn)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(dòng)，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(dòng)的原因是什么？定向移動(dòng)的方向如何？一、靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體答案自由電子受外加電場的電場力作用而移動(dòng)，向著與電場相反的方向定向移動(dòng).答案圖1(2)自由電子能否一直定向移動(dòng)？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(dòng)，當(dāng)這兩個(gè)電場大小相等時(shí)，電子的定向移動(dòng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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)體表面附近的電場線應(yīng)與導(dǎo)體表面垂直.例1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2所示.當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)P處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小等于__________，方向?yàn)開_____.答案解析向左圖2解析導(dǎo)體棒在點(diǎn)電荷＋q的電場中發(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)都受兩個(gè)電場的影響，即外電場：＋q在該點(diǎn)形成的電場E0；附加電場：棒上感應(yīng)電荷在該點(diǎn)形成的電場E′，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)E′＝－E0.題中所求的即為E′，于是我們通過上述等式轉(zhuǎn)化為求E0.負(fù)號代表E′和E0方向相反，即方向向左.求處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)的方法是：(1)先求出外電場場強(qiáng)E外的大小和方向.(2)由于導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，則滿足靜電平衡條件E合＝0.(3)由E外＋E感＝0，求出感應(yīng)電場E感的大小和方向.方法總結(jié)針對訓(xùn)練1

(多選)如圖3所示，帶負(fù)電的點(diǎn)電荷旁有一接地大金屬板，A為金屬板內(nèi)的一點(diǎn)，B為金屬板左側(cè)外表面上的一點(diǎn)，下列關(guān)于金屬板上感應(yīng)電荷在A點(diǎn)和B點(diǎn)的場強(qiáng)方向判斷正確的是

A.感應(yīng)電荷在A點(diǎn)的場強(qiáng)沿E1方向B.感應(yīng)電荷在A點(diǎn)的場強(qiáng)沿E2方向C.感應(yīng)電荷在B點(diǎn)的場強(qiáng)可能沿E3方向D.感應(yīng)電荷在B點(diǎn)的場強(qiáng)可能沿E4方向圖3√答案解析√解析金屬板內(nèi)的電場強(qiáng)度處處為0，則感應(yīng)電荷的電場與點(diǎn)電荷的電場等大反向，即感應(yīng)電荷在A點(diǎn)的場強(qiáng)沿E2方向，選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；金屬板表面的電場強(qiáng)度垂直表面向外，即為感應(yīng)電荷的電場與點(diǎn)電荷的電場的合場強(qiáng)，則感應(yīng)電荷在B點(diǎn)的場強(qiáng)可能沿E3方向，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤.靜電平衡時(shí)，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(yuǎn)同，如圖4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4例2如圖5所示，把一個(gè)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(fù)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(fù)電圖5√答案解析解析小球與球殼接觸構(gòu)成一個(gè)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(cuò).針對訓(xùn)練2

(多選)如圖6所示，在絕緣板上放有一個(gè)不帶電的金箔驗(yàn)電器A和一個(gè)帶正電荷的空腔導(dǎo)體B.下列實(shí)驗(yàn)方法中能使驗(yàn)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.用絕緣導(dǎo)線把驗(yàn)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(yàn)電器A靠近B圖6√答案解析圖6√√解析A項(xiàng)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(shí)驗(yàn)電器箔片不張開；B項(xiàng)中可以使取電棒帶電，從而使A帶電；C項(xiàng)中用絕緣導(dǎo)線實(shí)際上是將驗(yàn)電器A和B連成了一個(gè)導(dǎo)體，A因接觸而帶電；D項(xiàng)中是感應(yīng)起電.所以B、C、D項(xiàng)正確.[導(dǎo)學(xué)探究]

(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？三、尖端放電靜電屏蔽答案導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場很強(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng)，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正、負(fù)電荷分離.這個(gè)現(xiàn)象叫做空氣的電離.中性的分子電離后變成帶負(fù)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(qiáng)電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)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(dāng)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(qiáng)處處為零，若導(dǎo)體是空心的，則空心部分的場強(qiáng)怎樣？靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？答案空心部分場強(qiáng)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(qiáng)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(dòng).答案[知識深化]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(shí)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(shí)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(qiáng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，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，不能是絕緣體例3如圖7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(dá)到靜電平衡狀態(tài)后，則

A.B的空腔內(nèi)電場強(qiáng)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(fù)電√答案解析圖7解析因?yàn)榻饘贇さ耐獗砻娼拥?，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(fù)電，D對，B、C錯(cuò)；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(qiáng)度不為零，A錯(cuò).達(dá)標(biāo)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(shí)，待在汽車?yán)锉却谀疚堇镆ｋU(xiǎn)答案√1234解析5解析電工穿絕緣衣容易產(chǎn)生大量的靜電，反而比較危險(xiǎn)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.塑料油桶會因摩擦而帶電，因?yàn)樗芰鲜墙^緣材料，不能把電導(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(xiàng)B正確.小鳥停在單根高壓輸電線上時(shí)，加在小鳥兩腿間的電壓非常小，小鳥不會被電死，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.打雷時(shí)，待在汽車?yán)?，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?yán)锉却谀疚堇镆踩x項(xiàng)D錯(cuò)誤.故選B.123452.(靜電現(xiàn)象的防止)(江蘇省徐州市2016～2017學(xué)年高二學(xué)業(yè)水平第二次模擬)在以下的應(yīng)用或現(xiàn)象中，屬于靜電防止的是

A.靜電復(fù)印

B.靜電噴涂C.靜電除塵

D.油罐車用鐵鏈拖地運(yùn)行√答案1234解析靜電復(fù)印、靜電噴涂、靜電除塵是靜電的應(yīng)用，油罐車用鐵鏈拖地運(yùn)行是靜電的防止，D正確.解析53.(靜電現(xiàn)象的防止)(2014·江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測試)如圖8所示，運(yùn)輸汽油等易燃易爆物品的車輛總有一條鐵鏈拖在地上，這樣做的目的是

A.發(fā)出聲音，引起路人注意B.減緩車速，保證行車安全C.把靜電引入大地，避免因放電引起爆炸D.與地面發(fā)生摩擦，在運(yùn)輸車上積累電荷答案√圖8123454.(靜電現(xiàn)象的應(yīng)用與防止)(多選)靜電噴涂機(jī)原理如圖9所示.靜電噴涂機(jī)接高壓電源，工作時(shí)涂料微粒會向帶正電的被噴涂工件高速運(yùn)動(dòng)，微粒最后被吸到工件表面.關(guān)于靜電噴涂機(jī)的涂料微粒，下列表述正確的是

A.微粒帶正電

B.微粒帶負(fù)電C.微粒受電場力作用

D.微粒受重力作用1234圖9√答案解析√5解析靜電噴涂機(jī)接高壓電源的負(fù)極，所以噴出的涂料微