知識(shí)點(diǎn)靜電屏蔽PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 知識(shí)點(diǎn)靜電屏蔽知識(shí)點(diǎn)靜電屏蔽 1靜電平衡狀態(tài)：處于電場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)外電場(chǎng)相互疊加， 使導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)減弱，直至為零，導(dǎo)體內(nèi)部自由電子不再發(fā)生 _的狀態(tài)定向移動(dòng) 2空氣的電離：導(dǎo)體尖端的電荷_很大，附近的電 場(chǎng)很_，空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下劇烈 運(yùn)動(dòng)撞擊空氣中的氣體分子，從而使分子的正負(fù)電荷分離的現(xiàn) 象 密度 強(qiáng) 第1頁/共32頁 3尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)_ 的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷_， 相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象 相反 中和 4處于靜電平衡中的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零的原因是 ()C A外電場(chǎng)不能進(jìn)入導(dǎo)體內(nèi)部 B所有感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生

2、的合場(chǎng)強(qiáng)為零 C外電場(chǎng)和所有感應(yīng)電荷的電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的結(jié)果 為零 D以上解釋都不正確 第2頁/共32頁 5將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球 A 放在不帶電的固定的 金屬空心球殼 C 內(nèi) (不和球壁接觸)，另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的 )B帶負(fù)電的小球 B，如圖 171 所示，于是有( AA 往左偏離豎直方向， B 往右偏離豎直方向 BA 的位置不變，B 往右 圖 171 偏離豎直方向 CA 往左偏離豎直方向，B 的位置不變 DA 和 B 的位置都不變 第3頁/共32頁 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 1 靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)及其電荷的分布靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)及其電荷的分布 1靜電感應(yīng) (1)如圖 172，將金

3、屬導(dǎo)體置于電場(chǎng)強(qiáng)度為 E 的電場(chǎng)中， 導(dǎo)體內(nèi)的 _在電場(chǎng)力的作用下 ， 將發(fā)生 _ 自由電子 定向移動(dòng) 圖 172 第4頁/共32頁 (2)如圖 173，在導(dǎo)體兩端，積聚_電荷， 即靜電感應(yīng)現(xiàn)象 等量異種 圖 173圖 174 (3)如圖 174，感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng) E，與 原電場(chǎng)_只要內(nèi)部合場(chǎng)強(qiáng)不為零，自由電子就會(huì)繼 續(xù)做_ 疊加 定向移動(dòng) 第5頁/共32頁 2導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài) (1)如圖 1 75，當(dāng)內(nèi)部合場(chǎng)強(qiáng)為_時(shí)，即 EE 零 時(shí)，自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng) 圖 175 圖 176 (2)如圖 176，處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的電場(chǎng)處 處為_ 零 第6頁/共32頁 3討論

4、 (1)若靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不為零，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ (2)若靜電平衡時(shí)導(dǎo)體不是等勢(shì)體，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 第7頁/共32頁 (3)若靜電平衡時(shí)導(dǎo)體外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向 不與該點(diǎn)的表面垂直，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 第8頁/共32頁 4研究靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)表面的電荷 圖 177 (1)現(xiàn)象：圖 177 甲中，A 的箔片_；圖乙 中，A 的箔片_. 張開 沒有張開 (2)結(jié)論：靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)表面_(填“有”或 “沒有”)電荷 沒有 第9頁/共32頁 1靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn) (1)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零(不為零則自由電子將繼續(xù)移動(dòng) 直至合場(chǎng)強(qiáng)為零) (2)導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體，而且它的表面是個(gè)

5、等勢(shì)面 (3)導(dǎo)體外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表 面垂直 第10頁/共32頁 2地球是一個(gè)極大的導(dǎo)體，可以認(rèn)為處于靜電平衡狀態(tài)， 所以它是一個(gè)等勢(shì)體這是我們常常把大地選做零電勢(shì)體的一 個(gè)原因 3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)體的外表面 (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)越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷 第11頁/共32頁 【例 1】(雙選)如圖 178 所示，Q 為帶負(fù)電的絕緣小球， AB 為一原來不帶電的中性導(dǎo)體且放在 Q 附近，達(dá)到靜電平衡 狀態(tài)時(shí)，下列判斷正確的是() AA 端的電勢(shì)高于 B 端的電勢(shì) B以無限遠(yuǎn)處或大地為

6、電勢(shì)零 點(diǎn)，導(dǎo)體 AB 的電勢(shì)大于零 CA、B 兩端電勢(shì)相等D導(dǎo)體內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)大小均為零圖 178 第12頁/共32頁 解析：達(dá)到靜電平衡的導(dǎo)體是等勢(shì)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零； 導(dǎo)體 AB 因感應(yīng)起電，左端A 帶正電，右端B 帶負(fù)電，電場(chǎng)線 分布如圖 179 所示，因有電場(chǎng)線從無限遠(yuǎn)處到 B 端、從 A 端到Q，故導(dǎo)體AB 的電勢(shì)小于零，高于Q.因?qū)w AB 是等勢(shì)體， 故電場(chǎng)線不可能從 A 出發(fā)到B 終止，否則A 端電勢(shì)將高于B 端 圖 179 答案：CD 第13頁/共32頁 【觸類旁通觸類旁通】 1如圖 1710 所示，在真空中把一絕緣導(dǎo)體 AB 向帶 )負(fù)電小球 P 緩慢地靠近的過程中，下列說法

7、不正確的是( AB 端的感應(yīng)電荷越來越多 B導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)恒大于在 N 點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng) 圖 1710D穩(wěn)定時(shí)導(dǎo)體中 M、N 兩點(diǎn)的 電勢(shì)相等 第14頁/共32頁 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 2 尖端放電尖端放電 1752 年 7 月在費(fèi)城一次雷雨天氣中，富蘭克林把風(fēng)箏放入 空中，冒著極大的生命危險(xiǎn)，把“天電”引入了萊頓瓶，成功 地證實(shí)了閃電的特性.1753 年他在充分研究了“天電”特性并 進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了尖端放電現(xiàn)象，從而發(fā)明了避雷 針這是人類在征服大自然的道路上邁出的具有重大意義的一 步 第15頁/共32頁 圖 1711 第16頁/共32頁 討論： (

8、1)文中的“天電”就是我們?nèi)粘Ｋf的閃電，閃電是怎 樣產(chǎn)生的？ 當(dāng)雷雨云過境時(shí)，云的中下部是強(qiáng)大負(fù)電荷中心，云底相 對(duì)的下墊面變成正電荷中心，于是在云底與地面間形成強(qiáng)電場(chǎng) 在地面凸出物如建筑物尖頂、樹木、山頂草、林木、巖石等尖 端附近，等電勢(shì)面就會(huì)很密集，這里電場(chǎng)強(qiáng)度極大，空氣發(fā)生 電離，因而形成從地表向大氣的尖端放電，這就是閃電的形成 原因第17頁/共32頁 (2)尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)_的粒 子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷_，相當(dāng) 于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象 相反 中和 (3)避雷針：利用_避免雷擊的一種設(shè)施尖端放電 第18頁/共32頁 1空氣的電離：強(qiáng)電場(chǎng)使空氣

9、分子中正負(fù)電荷分離的現(xiàn)象 2尖端放電的過程：導(dǎo)體尖端的電荷密度大尖端附近的 電場(chǎng)強(qiáng)空氣中殘留的帶電粒子劇烈運(yùn)動(dòng)空氣電離正負(fù)電 荷奔向異種電荷尖端失去電荷尖端放電 3避雷針的原理：當(dāng)帶電的雷雨云接近建筑物時(shí)，由于靜 電感應(yīng)，建筑物會(huì)感應(yīng)上與云層相反的電荷，這些電荷會(huì)聚集 到避雷針的尖端通過尖端放電，這些電荷不斷向大氣釋放， 中和空氣的電荷，達(dá)到避免雷擊的目的 第19頁/共32頁 【例 2】避雷針能夠避免建筑物被雷擊的原因是() A云層中帶的電荷被避雷針通過導(dǎo)線導(dǎo)入大地 B避雷針的尖端向云層放電，中和了云層中的電荷 C云層與避雷針發(fā)生摩擦，避雷針上產(chǎn)生的電荷被導(dǎo)入 大地 D以上說法都不對(duì) 解析：帶

10、電荷的云層靠近避雷針時(shí)，在避雷針的尖端感應(yīng) 出與云層相反的靜電，達(dá)到一定程度就向空中放電，中和云層 中的電荷，從而避免遭受雷擊所以只有 B 正確 答案：B 第20頁/共32頁 【觸類旁通觸類旁通】 2通常情況下空氣是不導(dǎo)電的，但是當(dāng)在每米長(zhǎng)度的電壓 達(dá)到 6.0105 V 時(shí)，空氣將被電離而發(fā)生放電現(xiàn)象已知某次 閃電的長(zhǎng)度為 500 m，發(fā)生閃電前瞬間兩云層之間的電壓大約 為多少？ 解：因?yàn)殚W電時(shí)，每米長(zhǎng)度的電壓達(dá)到 6.0105 V，所以 發(fā)生閃電前瞬間兩云層之間的電壓大約為 UEd6.0105 V/m500 m3.0108 V. 第21頁/共32頁 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn) 3 靜電屏蔽靜電屏蔽 “法

11、拉第籠”是一種用于演示等電勢(shì)、靜電屏蔽等原理的 設(shè)備它由籠體、高壓電源、電壓顯示器和控制部分組成其 籠體與大地連通，高壓電源將電流輸送到放電桿，根據(jù)接地導(dǎo) 體靜電平衡的條件，籠體是一個(gè)等勢(shì)體，內(nèi)部電勢(shì)為零，電場(chǎng) 為零，電荷分布在接近放電桿的外表面上“法拉第籠”還可 以有效地隔絕籠體內(nèi)外的電場(chǎng)和電磁波干擾，這叫做“靜電屏 蔽” 第22頁/共32頁 2005 年，兩位英國(guó)科學(xué)家在倫敦進(jìn)行了一次危險(xiǎn)的電力學(xué) 表演其中一名科學(xué)家把另一位科學(xué)家關(guān)進(jìn)一個(gè)名叫“法拉第 籠”的特殊鐵籠子里，然后用數(shù)百萬伏特的電流對(duì)其進(jìn)行電擊 鑒于表演的危險(xiǎn)性，兩名科學(xué)家事先都買好了價(jià)值 1 200 萬英 鎊的保險(xiǎn) 圖 171

12、2 第23頁/共32頁 討論： (1)空腔導(dǎo)體的特點(diǎn)：空腔導(dǎo)體能把外電場(chǎng)擋住，空腔內(nèi) _(填“有”或“沒有”)電場(chǎng)，空腔內(nèi)不受_的 影響 沒有外電場(chǎng) (2)靜電屏蔽：導(dǎo)體的外殼( 金屬網(wǎng)罩)對(duì)它的_ 起到 “保護(hù)”作用，使它的_不受_的影響，這種現(xiàn) 象稱為靜電屏蔽 內(nèi)部 內(nèi)部外電場(chǎng) 第24頁/共32頁 1靜電屏蔽的兩種情況 (1)金屬殼內(nèi)部空間不受外部電場(chǎng)的影響 如圖 1713 甲所示，使帶電的金屬球靠近驗(yàn)電器由于 靜電感應(yīng)，驗(yàn)電器的箔片張開，這表明驗(yàn)電器受到了外電場(chǎng)的 影響如果事先用金屬網(wǎng)罩把驗(yàn)電器罩住，如圖乙所示，驗(yàn)電 器的箔片就不張開，即使把驗(yàn)電器和金屬網(wǎng)罩連接起來，箔片 也不張開這表明

13、金屬網(wǎng)罩能把外電場(chǎng)擋住，使罩內(nèi)儀器不受 外電場(chǎng)影響 圖 1713 第25頁/共32頁 (2)接地的封閉導(dǎo)體殼內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)殼外空間沒有影響 若一封閉的導(dǎo)體殼內(nèi)部空間某點(diǎn)有一點(diǎn)電荷q，由于靜電 感應(yīng)，導(dǎo)體殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷，其電場(chǎng)線如圖 1714 甲所示當(dāng)把導(dǎo)體殼接地后，q 在殼內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)殼 外空間就沒有影響了，如圖乙所示 圖 1714 第26頁/共32頁 2靜電屏蔽的應(yīng)用 (1)電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面的金屬罩，通訊電纜外面包的 一層鉛皮，可以防止電場(chǎng)的干擾 (2)電力工人高壓帶電作業(yè)，全身穿著用金屬絲網(wǎng)制成的 衣、帽、手套、鞋，可以對(duì)人體起到靜電屏蔽作用，使人安全 作業(yè) 第27頁/共3

14、2頁 【例 3】如圖 1715 所示，A 為空心金屬球殼，B 為金 屬球?qū)⒘硪粠д姷男∏?C 從球殼 A 開口處放入球殼中央， 不接觸球殼，然后用手摸一下球殼，再用手接觸一下 B 球，再 移走 C 球，則() A球殼 A 帶負(fù)電，B 球帶正電 B球殼 A 帶負(fù)電，B 球不帶電 C球殼 A 和 B 球都帶負(fù)電 D球殼 A 和 B 球都帶正電圖 1715 第28頁/共32頁 解析：首先帶正電的小球 C 從球殼 A 開口處被放入球殼中 央，根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象可知，球殼內(nèi)表面感應(yīng)出負(fù)電荷，外表 面感應(yīng)出正電荷手接觸球殼相當(dāng)于球殼接地，由地面上來的 電子與球殼表面正電荷中和，使球殼外表面不帶電，球殼外表 面電勢(shì)為零，此時(shí)球殼對(duì)外起靜電屏蔽作用，球殼內(nèi)的電場(chǎng)不 影響外部 答案：B 第29頁/共32頁 【觸類旁通觸類旁通】 3下列圖中，金屬殼放在光滑的絕緣