高二物理人教版選修3-1課件 第1章靜電場 第7節(jié)《靜電現(xiàn)象的應用》

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歡迎進入物理課堂 第七節(jié)靜電現(xiàn)象的應用 學習目標 1 知道靜電平衡現(xiàn)象 理解處于靜電平衡狀態(tài)的導體的特點 2 通過實驗了解靜電平衡時帶電導體上電荷的分布特點 重點難點 尖端放電和靜電屏蔽的原因及在實際中的應用 易錯問題 對外電場 感應電場 合電場的關(guān)系認識不清 一 靜電平衡狀態(tài)下導體的電場1 靜電平衡狀態(tài)導體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生的狀態(tài) 叫做靜電平衡狀態(tài) 定向移動 2 靜電平衡特點 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導體 內(nèi)部場強 2 處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是個 它的表面是個 處處為零 等勢體 等勢面 1 一導體處于靜電平衡狀態(tài) 導體外部有一電荷 它對導體內(nèi)部某點產(chǎn)生的場強為零嗎 思考 思考 提示 1 不為零 在某點產(chǎn)生的場強與沒有導體在該點產(chǎn)生的場強一樣 二 導體上電荷的分布1 導體內(nèi)部沒有電荷 電荷只分布在導體的 2 在導體表面 越尖銳的位置 電荷的密度 凹陷的位置幾乎 外表面 越大 沒有電荷 2 導體表面電荷一定均勻分布嗎 什么樣導體表面電荷均勻分布 思考 提示 2 不一定 球形導體 思考 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 分子中正負電荷的現(xiàn)象 2 尖端放電 導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 一 靜電平衡導體的電荷分布特點1 內(nèi)外表面分布不同 電荷都分布在外表面 導體內(nèi)部沒有電荷 2 受導體的形狀影響 不光滑處電荷密度大 3 遠近端 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)的導體 離場源電荷較近和較遠的兩端將感應出等量的異種電荷 即 遠同近異 圖1 7 1 2 如圖1 7 2所示 當把兩個或多個原來彼此絕緣的導體接觸或用導線連接時 就可把它們看作是一個大導體 有些問題中所提到的 用手接觸某導體 其實就是導體通過人體與大地構(gòu)成一個大導體 圖1 7 2 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 人與大地都是導體 在人摸 觸 導體的過程中 帶電體 人 大地組成一個新導體 地球往往是新導體的遠端 二 對靜電平衡的進一步理解1 靜電平衡的特點 1 導體內(nèi)部場強處處為零 2 電荷只能分布在導體的外表面 電場垂直于導體的外表面 整個導體是一個等勢體 外表面是一個等勢面 2 靜電平衡的實質(zhì)導體發(fā)生了靜電感應現(xiàn)象 感應電荷在導體內(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 隨著導體兩端的感應電荷不斷積累 E 逐漸增大 當E E時 導體內(nèi)合場強為零 自由電荷所受合力為零 這時導體中無自由電荷定向移動 即導體達到了靜電平衡狀態(tài) 1 靜電平衡時 電荷在導體表面的分布往往是不均勻的 越是尖銳的地方 電荷分布越密 附近的電場強度越大 2 導體表面的場強不為零 且方向與表面垂直 三 對靜電屏蔽的理解1 現(xiàn)象 一個金屬導體殼 網(wǎng)罩 能把殼外電場遮住 使殼內(nèi)部不受外電場影響 這種現(xiàn)象叫靜電屏蔽 2 原理 靜電屏蔽的原理是靜電感應與靜電平衡 3 兩種情況 1 金屬殼內(nèi)部不受外部影響如圖1 7 3甲所示 使帶電的金屬球靠近驗電器 由于靜電感應 驗電器的箔片張開 這表示驗電器受到了外電場的影響 圖1 7 3 如果事先用金屬網(wǎng)罩把驗電器罩住 如圖乙所示 驗電器的箔片就不張開 即使把驗電器和金屬網(wǎng)罩連接起來 箔片也不張開 這表明金屬網(wǎng)罩能把外電場擋住 使罩內(nèi)不受外電場的影響 2 接地的封閉導體殼 內(nèi)部電場對外部沒影響如一封閉的導體殼內(nèi)部空間某點有一點電荷 q 由于靜電感應 導體殼內(nèi)外表面感應出等量的異種電荷 其電場線如圖1 7 4甲所示 當把導體殼接地后 q在殼內(nèi)的電場對殼外空間就沒有影響了 如圖乙所示 圖1 7 4 因為當把球殼接地后 殼外表面感應的正電荷在靜電力作用下流入大地 實際是大地的電子在靜電力作用下通過接地的導線流到殼面上與殼外表面的正電荷中和 使球殼外表面沒有電荷 殼外空間就沒有電場了 這樣就出現(xiàn)了圖乙所示的情況 一金屬球 原來不帶電 現(xiàn)沿球的直徑的延長線放置一均勻帶電的細桿MN 如圖1 7 5所示 金屬球上感應電荷產(chǎn)生的電場在球內(nèi)直徑上a b c三點的場強大小分別為Ea Eb Ec 三者相比 例1 圖1 7 5A Ea最大B Eb最大C Ec最大D Ea Eb Ec 思路點撥 電場中的導體靜電平衡時合場強為零 感應電荷在導體上的分布無規(guī)則 沒有合適的公式比較它產(chǎn)生電場的強弱 要抓住合場強為零的特點 轉(zhuǎn)換研究對象求解 解析 金屬球在帶電細桿MN的電場中 達到靜電平衡后 其內(nèi)部合場強處處為零 金屬球上感應電荷在a b c三點產(chǎn)生電場的場強與MN在a b c三點產(chǎn)生電場的場強分別等大反向 顯然MN在c點產(chǎn)生的電場最強 故選項C正確 答案 C 思維總結(jié) 在分析處于靜電平衡狀態(tài)的導體內(nèi)部的場強時 一定要區(qū)分感應電荷的電場 外電場及合電場 因為感應電荷的電場與外電場等大 反向 導體內(nèi)部各處的合場強為零 1 如圖1 7 6所示 長為l的導體棒原來不帶電 現(xiàn)將一帶電量為 q的點電荷放在距棒左端R處 當棒達到靜電平衡后 棒上感應電荷在棒內(nèi)中點P處產(chǎn)生的場強大小等于 方向為 圖1 7 6 將懸掛在細線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi) 不與球接觸 另有一個懸掛在細線上的帶負電的小球B向C靠近 如圖1 7 7所示 于是有 圖1 7 7 例2 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和B的位置都不變 解析 考慮B對A的作用時 A處在球殼C內(nèi) 球殼會對其內(nèi)的A有屏蔽作用 使A不受B的作用 A球通過靜電感應使C的內(nèi) 外殼分別帶負電和正電 從而知道B球受C外殼正電吸引 所以B球往右偏離豎直方向 故B正確 答案 B 思維總結(jié) 根據(jù)靜電感應 金屬空心球C內(nèi)表面帶負電 外表面帶正電 故B球?qū)⑹莒o電引力而向右偏離豎直方向 C球內(nèi)表面的負電荷對A球的引力平衡 故A球位置不變 2 2010年湖北八校高三第二次聯(lián)考 如圖1 7 8所示 絕緣金屬球殼的空腔內(nèi)有一帶電小球 現(xiàn)在球殼左側(cè)放一帶電小球A 下列說法正確的是 圖1 7 8 A A球?qū)η驓?nèi)的電場不影響B(tài) 由于靜電屏蔽 球殼內(nèi)沒有電場C 球殼內(nèi)外表面均沒有電荷D 由于球殼接地 空腔內(nèi)的電場對外部也沒有影響 解析 選AD 由于金屬球殼接地 對內(nèi)外電場都有屏蔽作用 故A D對 球殼外表面沒有電荷 因為空腔內(nèi)有帶電體 所以空腔內(nèi)有電場 內(nèi)表面有感應電荷 故B C錯 1 導體處于靜電平衡時 下列說法正確的是 A 導體內(nèi)部沒有電場B 導體內(nèi)部沒有電荷 電荷只分布在導體的外表面C 導體內(nèi)部沒有電荷的運動D 以上說法均不正確答案 ABC 2 關(guān)于避雷針 以下說法正確的是 A 避雷針避雷是中和云層的異種電荷B 避雷針避雷是將云層中積聚的電荷導入大地C 為了美觀 通常把避雷針頂端設(shè)計成球形D 避雷針安裝在高大建筑物頂部 而不必接地 解析 選AB 避雷針應用了尖端放電的原理 避雷針上產(chǎn)生的感應電荷通過尖端放電 中和云中的電荷 使建筑物免遭雷擊 所以避雷針必須接地 A B正確 D錯 電荷在導體表面分布 突出的位置 電荷比較密集 更容易放電 所以不能設(shè)計成球形 C錯 3 一個不帶電金屬球殼 在它的球心放入一個正電荷 其電場分布是圖1 7 9中的 圖1 7 9 解析 選B 由于處于靜電平衡狀態(tài)的導體內(nèi)部的場強處處為零 故A選項不正確 由于空腔內(nèi)部有一個正電荷 故在空腔內(nèi)表面感應出等量的負電荷 外表面感應出等量的正電荷 因此C D選項不正確 因外表面上分布有正電荷 故電場線應呈輻射狀 所以B選項正確 4 如圖1 7 10所示 在兩個固定電荷 q和 q之間放入兩個原來不帶電的導體 1 2 3 4為導體上的四個點 在達到靜電平衡后 各點的電勢分別是 1 2 3 4 則 圖1 7 10 A 4 3 2 1B 4 3 2 1C 4 2 1 B對 5 有一絕緣空心金屬球A 帶有4 10 6C的正電荷 一個有絕緣柄的金屬小球B 帶有2 10 6C的負電荷 若把B球跟A球的內(nèi)壁相接觸 則B球上的帶電荷量為 C A球上的帶電荷量為 C 電荷分布在 解析 B跟A相接觸后 它們成為一個導體 所有電荷都將分布在導體的外表面 在A的外表面 部分正電荷與所有負電荷發(fā)生中和現(xiàn)象 未被中和的正電荷仍分布在A的外表面 答案 0 2 10 6A的外表面 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全