高二物理第1章第7節(jié)《靜電現(xiàn)象的應(yīng)用》課件（新人教選修3-1）

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歡迎進入物理課堂 第一章靜電場 同步導(dǎo)學(xué)方案 課后強化演練 第7節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 1 靜電感應(yīng)現(xiàn)象如圖所示 將一不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD放到場強為E0的電場中 導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場力的作用下 逆著電場線方向定向移動 使導(dǎo)體的一側(cè)聚集負電荷 而導(dǎo)體另一側(cè)卻聚集等量的正電荷 這種現(xiàn)象就是靜電感應(yīng)現(xiàn)象 2 靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體上 包括表面 處處無電荷定向移動的狀態(tài) 3 靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特征 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 內(nèi)部的場強處處為零 2 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 其外部的場強方向必跟該點的表面垂直 3 處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個等勢體 它的表面是個等勢面 1 不要認為達到靜電平衡需要很長時間 其實金屬導(dǎo)體建立靜電平衡狀態(tài)的時間只有幾微秒 相當快 2 達到靜電平衡后 自由電子沒有定向移動而不是說導(dǎo)體內(nèi)部的電荷不動 內(nèi)部的電子仍在做無規(guī)則的運動 3 導(dǎo)體達到靜電平衡后 內(nèi)部場強處處為零是指原電場的電場強度E0與導(dǎo)體兩端感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強E 的合場強為零 4 應(yīng)該注意靜電感應(yīng)與感應(yīng)起電的區(qū)別和聯(lián)系 感應(yīng)起電是運用靜電感應(yīng)現(xiàn)象使物體起電的一種方法 而靜電感應(yīng)則是電場中導(dǎo)體兩端暫時出現(xiàn)等量相反電荷的現(xiàn)象 1 凈電荷都分布在導(dǎo)體的表面 導(dǎo)體內(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 電量相等 遠同近異 如圖所示 3 凈電荷在導(dǎo)體表面分布不均勻 導(dǎo)體表面尖銳處電荷分布密集 平滑處電荷分布稀疏 凹陷處幾乎沒有電荷 如圖所示 1 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(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)體的遠端 2 凈電荷是指導(dǎo)體內(nèi)未被中和抵消的剩余電荷 感應(yīng)電荷是指由于靜電感應(yīng)而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)的等量異種電荷 1 空氣的電離電荷在導(dǎo)體表面的分布與導(dǎo)體的彎曲程度有關(guān) 導(dǎo)體表面突出和尖銳的地方 電荷的分布密集 因此導(dǎo)體尖端附近的電場很強 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 2 尖端放電中性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 這個現(xiàn)象叫尖端放電 3 尖端放電的應(yīng)用和防止 1 避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施 如圖所示 通過避雷針的尖端放電后 建筑物不至于積累過多的電荷而遭雷擊 2 尖端放電會導(dǎo)致高壓設(shè)備上電能的損失 所以高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面應(yīng)該盡量光滑 1 現(xiàn)象 如圖所示 先使A帶電 然后移近驗電器B 由于靜電感應(yīng) B的金屬箔片張開 若把B置于金屬網(wǎng)罩中 發(fā)現(xiàn)B的金屬箔片并不張開 2 定義 具有空腔的金屬導(dǎo)體在靜電平衡狀態(tài)下 不僅導(dǎo)體內(nèi)部場強為零 腔內(nèi)場強也為零 因而置于腔內(nèi)的物體不受外界電場的影響 這種作用叫靜電屏蔽 3 兩種典型的靜電屏蔽現(xiàn)象 1 外屏蔽 如圖所示 若空腔導(dǎo)體內(nèi)有帶電體 在靜電平衡時 它的內(nèi)表面將產(chǎn)生等量異號的感應(yīng)電荷 如果外殼不接地 則外表面會產(chǎn)生與內(nèi)部帶電體等量而同號的感應(yīng)電荷 此時感應(yīng)電荷的電場將對外界產(chǎn)生影響 這時空腔導(dǎo)體只能對外電場屏蔽 卻不能屏蔽內(nèi)部帶電體對外界的影響 所以叫外屏蔽 2 全屏蔽 如圖所示 如果外殼接地 即使內(nèi)部有帶電體存在 這時內(nèi)表面感應(yīng)的電荷與帶電體所帶的電荷的代數(shù)和為零 而外表面產(chǎn)生的感應(yīng)電荷通過接地線流入大地 外界對殼內(nèi)無法影響 內(nèi)部帶電體對外界的影響也隨之而消除 所以這種屏蔽叫做全屏蔽 4 靜電屏蔽的應(yīng)用和防止 1 應(yīng)用 為了防止外界信號的干擾 靜電屏蔽被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)工作中 許多電子儀器外面都套著金屬罩 通訊電纜外面包著一層鉛皮 高壓帶電作業(yè)人員穿金屬網(wǎng)衣 又如電話線從高壓線下經(jīng)過 為了防止高壓線對電話線的影響 在高壓線與電話線之間裝一金屬網(wǎng)等 這些都是用來防止外界電場干擾的屏蔽措施 2 防止 靜電屏蔽也可帶來不利的影響 如通訊工具在鋼筋結(jié)構(gòu)建筑中接收信號較弱 宇宙飛船返回地球大氣層時 與大氣層的高速摩擦 在飛船周圍形成一層等離子體 對飛船產(chǎn)生靜電屏蔽作用 導(dǎo)致飛船和地面控制中心的通信聯(lián)絡(luò)暫時中斷 1 分析靜電屏蔽問題時首先要分清外殼是否接地 2 實際應(yīng)用中金屬外殼不必嚴格完全封閉 用金屬網(wǎng)罩代替金屬殼體也能起到屏蔽作用 如圖所示 在孤立點電荷 Q的電場中 金屬圓盤A處于靜電平衡狀態(tài) 若金屬圓盤平面與點電荷在同一平面內(nèi) 試在圓盤A內(nèi)作出由盤上感應(yīng)電荷形成的附加電場的三條電場線 用實線表示 要求嚴格作圖 解析 導(dǎo)體A處于靜電平衡狀態(tài) 因此內(nèi)部每點的合場強都為零 即導(dǎo)體A內(nèi)的每一點 感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場強度都與點電荷 Q在該點的電場強度大小相等 方向相反 即感應(yīng)電荷的電場線與點電荷 Q的電場線重合 且方向相反 注意 圖中的虛線是為了確定A內(nèi)的實線而畫出的 并不表示A外部的電場線 答案 如圖所示 方法總結(jié) 1 明確研究對象是否達到靜電平衡狀態(tài) 2 判斷導(dǎo)體兩端的電荷分布及所產(chǎn)生的電場方向 可由靜電感應(yīng)現(xiàn)象判知同種電荷被盡可能排斥到遠處 異種電荷被盡可能吸引到近處 3 根據(jù)靜電平衡現(xiàn)象的特點 達到平衡的導(dǎo)體內(nèi)部 合電場為零 整個導(dǎo)體是等勢體 來計算感應(yīng)電荷在某點產(chǎn)生的電場強度或其他問題 長為l的導(dǎo)體棒原來不帶電 現(xiàn)將一帶電荷量為 q的點電荷放在距棒左端R處 如圖所示 當棒達到靜電平衡后 棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點P處產(chǎn)生的電場強度大小等于 方向為 如圖所示 A為帶電的空腔導(dǎo)體 B為離A很遠的不帶電的驗電器 現(xiàn)用一根導(dǎo)線一端與A的內(nèi)壁接觸 另一端與B接觸 則B的金屬箔片是否張開 解析 答案 張開 方法總結(jié) 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體凈電荷只分布在外表面 應(yīng)注意區(qū)分內(nèi)表面和外表面 在導(dǎo)體外部就是外表面 還應(yīng)注意是凈電荷分布在外表面上 如圖所示 金屬球殼A帶有正電 其上方有一小孔a 靜電計B的金屬球b用導(dǎo)線與金屬球c相連 以下操作所發(fā)生的現(xiàn)象 哪些是正確的 A 將c移近A 但不與A接觸 B會張開一定角度B 將c與A外表面接觸后移開 B會張開一定角度C 將c與A內(nèi)表面接觸時 B不會張開一定角度D 將c置于A空腔內(nèi) 但不與A接觸 B不會張開一定角度解析 不論c在A外還是A內(nèi) 都能發(fā)生靜電感應(yīng) 從而使B的指針帶正電使指針張開一定角度 不論將c與A的內(nèi)表面還是外表面接觸 因為接觸帶電 指針都帶正電 從而張開一定角度 答案 AB 如圖所示 兩個相同的空心金屬球M和N M帶電荷量為 Q N不帶電 M N相距很遠 互不影響 旁邊各放一個不帶電的金屬球P和R 當將帶正電Q的小球分別放入M和N的空腔中時 A P R上均出現(xiàn)感應(yīng)電荷B P R上均沒有感應(yīng)電荷C P上有而R上沒有感應(yīng)電荷D P上沒有而R上有感應(yīng)電荷 解析 本題考查靜電屏蔽問題 當將帶正電Q的小球放入M的空腔中時 由于靜電感應(yīng) M的內(nèi)表面帶負電 而外表面帶正電 其電荷量為Q 它與原來金屬球M外表面所帶的電荷 Q正好中和 使外表面不帶電 這實際上是M所帶電荷 Q被吸引至內(nèi)表面 所以金屬球M外部不存在電場 不能使P產(chǎn)生靜電感應(yīng) P上沒有感應(yīng)電荷 當將帶正電Q的小球放入原來不帶電的N的空腔中時 由于靜電感應(yīng) N內(nèi)表面帶負電荷 外表面帶正電荷 N外部有電場 使R產(chǎn)生靜電感應(yīng) 使左端帶負電 右端帶正電 故選項D正確 答案 D 方法總結(jié) 1 研究靜電屏蔽問題時 應(yīng)首先判斷金屬殼是否接地 2 若金屬殼不接地 金屬殼內(nèi)部空間不受殼外部電場的影響 3 若金屬殼接地 殼內(nèi)部電場對殼外空間沒有影響 如圖所示 原來不帶電的金屬球殼內(nèi)壁接地 將一帶正電的小球放入其中 但不與球殼接觸 則 A 球殼內(nèi)壁帶負電B 球殼外壁帶正電C 球殼外壁不帶電D 若將接地線去掉再移去正電荷 球殼外壁帶負電 解析 球殼內(nèi)正電荷產(chǎn)生電場 使球殼處于靜電平衡狀態(tài) 在球殼的內(nèi)表面出現(xiàn)等量異種電荷 球殼的外表面出現(xiàn)等量同種電荷 當球殼接地時 不論內(nèi)表面接地還是球殼外表面接地 待穩(wěn)定后球殼的電勢必定為零 球殼的外表面無感應(yīng)電荷 球殼外也沒有靜電場 這就是接地導(dǎo)體殼的靜電屏蔽作用 故A C選項正確 若將接地線去掉再移去球殼內(nèi)正電荷時 球殼內(nèi)表面的負電荷就會分布到球殼的外表面上 內(nèi)壁不再帶電 故D選項正確 答案 ACD 如圖為空腔球形導(dǎo)體 不帶電 現(xiàn)將一個帶正電的小金屬球A放入腔內(nèi) 靜電平衡時 圖中a b c三點的場強E和電勢 的關(guān)系是 A Ea Eb Ec a b cB Ea Eb Ec a b cC Ea Eb Ec a b cD Ea Ec Eb a b c 解析 答案 D 方法總結(jié) 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時 內(nèi)部場強處處為零 但表面各處的場強并不相同 整個導(dǎo)體是等勢體 表面是等勢面 場強和表面處處垂直 若能根據(jù)靜電平衡狀態(tài)時導(dǎo)體上的電荷分布 畫出電場線的大體分布 再結(jié)合以上特點 就可以比較空間中一些點的場強 電勢 一個不帶電的空心金屬球 在它的球內(nèi)放一個正電荷如圖所示 其電場分布正確的是 解析 空心金屬球內(nèi)放一正電荷 由于靜電感應(yīng)使金屬球殼帶正電 球殼上達到靜電平衡 內(nèi)部場強為零 當外殼接地時 對外具有屏蔽作用 故選項C D正確 答案 CD 1 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時 下列說法正確的是 A 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電場B 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷 電荷只分布在導(dǎo)體的外表面C 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷的運動D 以上說法均不正確 解析 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時 導(dǎo)體內(nèi)部不是沒有電場 而是外電場與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場的合場強為零 但兩場強仍然存在 故A錯 對于B 不能說沒有電荷 凈電荷只分布在外表面上 自由電子和正電荷仍存在 只是顯中性 故B錯 對于C 導(dǎo)體內(nèi)部的電荷 電子與正電荷 的熱運動仍然存在 故C錯 只有D正確 答案 D 2 電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的 下列說法正確的是 A 銅絲編織的衣服不易拉破B 電工被銅絲衣服所包裹 使體內(nèi)電勢為零C 電工被銅絲衣服所包裹 使體內(nèi)場強為零D 銅絲電阻小 能對人體起到保護作用解析 電工穿的高壓作業(yè)服由銅絲編織 電工穿上它后在自身的外面就覆蓋了一層金屬網(wǎng) 這層網(wǎng)起到了靜電屏蔽的作用 可以有效地防止外部電場對人身的傷害 對人體起到保護作用 C正確 答案 C 3 一個帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4 10 8C的正電荷 上端開有適當小孔 有絕緣柄的金屬小球B帶有2 10 8C的負電荷 使B球和A球內(nèi)壁接觸 如圖所示 則A B帶電量分別為 A QA 10 8C QB 10 8CB QA 2 10 8C QB 0C QA 0 QB 2 10 8CD QA 4 10 8C QB 2 10 8C 解析 由電荷守恒定律和處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體特點可知B正確 答案 B 5 在如圖所示的實驗中 驗電器的金屬箔會張開的是 解析 選項A中不會張開 金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場 選項B中會張開 因為金屬網(wǎng)未接地 網(wǎng)內(nèi)的帶電體可以對外界產(chǎn)生影響 選項C D中不會張開 因為金屬網(wǎng)已接地 網(wǎng)內(nèi)的帶電體對網(wǎng)外無影響 網(wǎng)外的帶電體對網(wǎng)內(nèi)也無影響 答案 B 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