高三物理人教版選修3-1課件：第1章第七節(jié)《靜電現(xiàn)象的應(yīng)用》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第七節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道靜電平衡現(xiàn)象 理解處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點(diǎn) 2 通過實(shí)驗(yàn)了解靜電平衡時帶電導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn) 重點(diǎn)難點(diǎn) 尖端放電和靜電屏蔽的原因及在實(shí)際中的應(yīng)用 核心要點(diǎn)突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第七節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 一 靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場1 靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生 的狀態(tài) 叫做靜電平衡狀態(tài) 2 靜電平衡特點(diǎn) 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 內(nèi)部場強(qiáng) 2 處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個 它的表面是個 定向移動 處處為零 等勢體 等勢面 思考感悟1 一導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體外部有一電荷 它對導(dǎo)體內(nèi)部某點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)為零嗎 提示 不為零 在某點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)與沒有導(dǎo)體在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)一樣 二 導(dǎo)體上電荷的分布1 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷 電荷只分布在導(dǎo)體的 2 在導(dǎo)體表面 越尖銳的位置 電荷的密度 凹陷的位置幾乎 思考感悟2 導(dǎo)體表面電荷一定均勻分布嗎 什么樣導(dǎo)體表面電荷均勻分布 提示 不一定 球形導(dǎo)體 外表面 越大 沒有電荷 三 尖端放電1 電離現(xiàn)象 空氣中的氣體分子在帶電粒子的高速撞擊下 分子中正負(fù)電荷 的現(xiàn)象 2 尖端放電 導(dǎo)體尖端的電荷吸引空氣中與它符號相反的電荷 尖端上的電荷被 而失去電荷 這個現(xiàn)象叫做尖端放電 四 靜電屏蔽處在電場中的空腔導(dǎo)體 由于內(nèi)表面 所以空腔內(nèi) 這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽 分離 中和 沒有電荷 沒有電場 核心要點(diǎn)突破 一 靜電平衡導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)1 內(nèi)外表面分布不同 電荷都分布在外表面 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷 2 受導(dǎo)體的形狀影響 不光滑處電荷密度大 3 遠(yuǎn)近端 電荷的電性相反 電量相等 1 如圖1 7 1所示 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 離場源電荷較近和較遠(yuǎn)的兩端將感應(yīng)出等量的異種電荷 即 遠(yuǎn)同近異 圖1 7 1 2 如圖1 7 2所示 當(dāng)把兩個或多個原來彼此絕緣的導(dǎo)體接觸或用導(dǎo)線連接時 就可把它們看作是一個大導(dǎo)體 有些問題中所提到的 用手接觸某導(dǎo)體 其實(shí)就是導(dǎo)體通過人體與大地構(gòu)成一個大導(dǎo)體 圖1 7 2 特別提醒 一個孤立的帶電體 在自身所帶電荷的電場中 處于靜電平衡狀態(tài) 具有靜電平衡的所有特點(diǎn) 人與大地都是導(dǎo)體 在人摸 觸 導(dǎo)體的過程中 帶電體 人 大地組成一個新導(dǎo)體 地球往往是新導(dǎo)體的遠(yuǎn)端 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 1 如圖1 7 3所示 帶電體Q靠近一個接地空腔導(dǎo)體 空腔里面無電荷 在靜電平衡后 下列物理量中等于零的是 A 導(dǎo)體腔內(nèi)任意點(diǎn)的場強(qiáng)B 導(dǎo)體腔內(nèi)任意點(diǎn)的電勢C 導(dǎo)體外表面的電荷量D 導(dǎo)體空腔內(nèi)表面的電荷量 圖1 7 3 解析 選ABD 靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零 且內(nèi)表面不帶電 故A D正確 由于導(dǎo)體接地 故整個導(dǎo)體的電勢為零 B正確 二 靜電平衡和靜電屏蔽實(shí)質(zhì)分析1 靜電平衡 1 特點(diǎn) 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 整個導(dǎo)體是個等勢體 它的表面是個等勢面 2 實(shí)質(zhì) 導(dǎo)體發(fā)生了靜電感應(yīng)現(xiàn)象 感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生一個附加電場E 跟外加電場E反向 使自由電荷同時又受到F E q的電場力 隨著導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電荷不斷積累 E 逐漸增大 當(dāng)E E時 導(dǎo)體內(nèi)合場強(qiáng)為零 自由電荷所受合力為零 這時導(dǎo)體中無自由電荷定向移動 即導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡狀態(tài) 當(dāng)外電場 導(dǎo)體在電場中的位置或?qū)w的形狀發(fā)生變化時 原來的靜電平衡狀態(tài)被打破 電荷繼續(xù)移動 直到再次達(dá)到平衡 因此靜電平衡也是一個動態(tài)的平衡 2 靜電屏蔽實(shí)質(zhì) 實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象 使金屬殼內(nèi)的感應(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 矢量和為零而已 特別提醒 靜電屏蔽有兩種情況 1 導(dǎo)體的外電場影響不到導(dǎo)體的內(nèi)部 即外電場與導(dǎo)體表面的感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部任一點(diǎn)場強(qiáng)的疊加結(jié)果為零 2 接地導(dǎo)體的內(nèi)部電場影響不到導(dǎo)體外部 是因?yàn)閷?dǎo)體外部的感應(yīng)電荷都被排斥入地 使感應(yīng)電荷與內(nèi)壁的感應(yīng)異種電荷在導(dǎo)體外部任一點(diǎn)場強(qiáng)的疊加結(jié)果為零 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 2 由圖1 7 4所示 將懸在絕緣細(xì)線上帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球殼B內(nèi) 與內(nèi)壁不接觸 外加一個水平向右的場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場 對于最后的結(jié)果 下列判斷正確的是 A B的右端帶正電 A向左偏B B的右端帶正電 A不偏左也不偏右C B的左端帶正電 A向右偏D B的左端帶負(fù)電 A不偏左也不偏右 圖1 7 4 解析 選BD 導(dǎo)體空腔處于外電場中時 由于靜電感應(yīng)的作用 導(dǎo)體球殼的左端將感應(yīng)出負(fù)電荷 右端將感應(yīng)出正電荷 而導(dǎo)體空腔內(nèi)部完全不受外加電場的影響 故A不會偏轉(zhuǎn) 故A C錯誤 B D正確 課堂互動講練 如圖1 7 5所示 長為L的金屬桿原來不帶電 在距其左端r處放一個電荷量為q的點(diǎn)電荷 問 1 金屬桿中點(diǎn)處的場強(qiáng)為多少 2 金屬桿上的感應(yīng)電荷在桿中點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)為多大 圖1 7 5 思路點(diǎn)撥 內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 因?yàn)槭莾蓚€電場的疊加 題后反思 感應(yīng)電荷的電荷量不是已知 故不能直接求出感應(yīng)電荷在某點(diǎn)的場強(qiáng) 變式訓(xùn)練如圖1 7 6所示 在真空中把一絕緣導(dǎo)體AB向帶負(fù)電的小球P緩慢地靠近 不接觸 且未發(fā)生放電現(xiàn)象 時 下列說法中正確的是 A B端的感應(yīng)電荷越來越多B 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)越來越大C 導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)D 導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M N兩點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)相等 圖1 7 6 解析 選AC 由于導(dǎo)體AB緩慢移動 所以導(dǎo)體AB內(nèi)部可以認(rèn)為始終處于靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)始終為零 B錯誤 由于AB距P越來越近 所以A B兩端積累的電荷會越來越多 A正確 M點(diǎn)距小球P的距離比N點(diǎn)要近 帶負(fù)電小球P在M點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng) 而導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)處處為零 那么導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)就大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng) 故C正確 D錯誤 如圖1 7 7所示 將懸掛在細(xì)線上的帶正電荷的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi) 不與內(nèi)壁接觸 另有一個懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B 向C球靠近 則 圖1 7 7 A A向左偏離豎直方向 B向右偏離豎直方向B A的位置不變 B向右偏離豎直方向C A向左偏離豎直方向 B的位置不變D A B的位置都不變 思路點(diǎn)撥 小球A在金屬球殼內(nèi) 由于靜電屏蔽的作用 不會受到外電場的影響 金屬球殼C因靜電感應(yīng) 外表面是帶電的 對B有力的作用 自主解答 金屬球殼C能屏蔽外部的電場 外部的電場不能深入內(nèi)部 因此小球A不會受到電場力的作用 不會發(fā)生偏轉(zhuǎn) 金屬球殼C處在電荷A的電場中 內(nèi)壁是近端 感應(yīng)異號電荷帶負(fù)電 外壁是遠(yuǎn)端 感應(yīng)同號電荷帶正電 正的感應(yīng)電荷在外部空間同樣會激發(fā)電場 對小球B有吸引的作用 小球B向右偏 選項(xiàng)B正確 答案 B 題后反思 A對B的作用不是直接的 而是通過C上的感應(yīng)電荷對B發(fā)生作用 這種情況下金屬球殼C只能屏蔽外部電場 而不能屏蔽內(nèi)部的電場 若將球殼接地 則內(nèi)外的電場均被屏蔽 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全