人教版高中物理必修三 （靜電場中的能量-學科素養(yǎng)提升）新課件

靜電場中的能量——學科素養(yǎng)提升

科學思維1用等分法確定等勢線和電場線3.在勻強電場中，相互平行且相等的線段兩端點間的電勢差相等。如圖乙，AB∥CD，則UAB＝UCD。4.等分法也常用在畫電場線或計算電場強度的問題中。[例1]如圖所示，A、B、C、D是勻強電場中一正方形的四個頂點，電場方向與正方形平面平行。已知A、B、C三點的電勢分別為φA＝15V、φB＝3V、φC＝－3V。求D點電勢φD為多少？解析在勻強電場中AB＝DC，且AB∥DC，所以UAB＝UDC，即φA－φB＝φD－φC，得φD＝9V。答案9V方法總結(jié)勻強電場中求解電勢(場強)的兩點技巧(1)在勻強電場中，電勢沿直線均勻變化，即直線上距離相等的線段兩端的電勢差值相等。(2)等分線段找等勢點法：將電勢最高點和電勢最低點連接后根據(jù)需要平分成若干段，必能找到第三點電勢的等勢點，它們的連線即等勢面(或等勢線)，與其垂直的線即為電場線。科學思維2利用靜電計分析電容器的問題1.對靜電計的認識(1)靜電計是在驗電器的基礎(chǔ)上改造而成的，靜電計由相互絕緣的兩部分組成，靜電計與電容器的兩極板分別連接在一起，則電容器上的電勢差就等于靜電計上所指示的電勢差U，U的大小就從靜電計的刻度讀出，可見，靜電計指針的變化表征了電容器兩極板電勢差的變化。(2)靜電計本身也是一個電容器，但靜電計容納電荷的本領(lǐng)很弱，即電容很小，當帶電的電容器與靜電計連接時，可認為電容器上的電荷量保持不變。2.利用靜電計分析電容器問題的兩條思路[例2]靜電計是在驗電器的基礎(chǔ)上制成的，用其指針張角的大小來定性顯示其金屬球與外殼之間的電勢差大小。如圖所示，A、B是平行板電容器的兩個金屬板，G為靜電計。開始時開關(guān)S閉合，靜電計指針張開一定角度，為了使指針張開的角度增大些，下列采取的措施可行的是(

)A.斷開開關(guān)S后，將A、B兩極板分開些B.保持開關(guān)S閉合，將A、B兩極板分開些C.保持開關(guān)S閉合，將A、B兩極板靠近些D.保持開關(guān)S閉合，將變阻器滑動觸頭向右移動解析要使靜電計的指針張開角度增大些，必須使靜電計金屬球和外殼之間的電勢差增大，斷開開關(guān)S后，將A、B兩極板分開些，電容器的帶電量不變，電容減小，電勢差增大，A正確；保持開關(guān)S閉合，將A、B兩極板分開或靠近些，靜電計金屬球和外殼之間的電勢差不變，B、C錯誤；保持開關(guān)S閉合，將滑動變阻器滑動觸頭向右或向左移動，靜電計金屬球和外殼之間的電勢差不變，D錯誤。答案A科學思維3

“等效重力”法分析帶電粒子在電場中的運動思路分析(1)求mg與qE的合力；(2)找等效最低點。則B點為等效最低點，珠子由A點靜止釋放后從A到B過程中做加速運動，珠子在B點動能最大，對圓環(huán)的壓力最大。如圖所示，設OB與豎直方向的夾角為θ，由動能定理得qErsinθ－mgr(1－cosθ)＝Ekm4靜電的防止與利用第九章靜電場及其應用

1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡狀態(tài)下的導體特點.2.知道導體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其成因.3.了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印的工作原理.學習目標知識梳理重點探究隨堂演練課時對點練內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN一、靜電平衡1.靜電平衡：導體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生

的狀態(tài).2.處于靜電平衡狀態(tài)的導體，其內(nèi)部的電場強度處處為

.3.導體上電荷的分布：(1)靜電平衡時，導體

沒有凈剩電荷，電荷只分布在導體的

.(2)在導體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)

，凹陷的位置幾乎沒有電荷.知識梳理定向移動0外表面越大內(nèi)部二、尖端放電1.空氣的電離：在一定條件下，導體尖端電荷

很大，導體尖端周圍的強電場使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運動，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負電荷

的現(xiàn)象.2.尖端放電：所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被

，而與尖端上的電荷

，相當于導體從尖端

的現(xiàn)象.3.尖端放電的應用與防止：(1)應用：

是利用尖端放電避免雷擊的一種設施.(2)防止：高壓設備中導體的表面盡量

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三、靜電屏蔽1.靜電屏蔽靜電平衡時，空腔導體內(nèi)表面沒有電荷，導體殼內(nèi)空腔里的電場強度處處為

.外電場對殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會產(chǎn)生影響，金屬殼的這種作用叫作_________.2.靜電屏蔽的應用：電學儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導線與大地相連.0靜電屏蔽四、靜電吸附1.靜電吸附：在電場中，帶電粒子在

作用下，向著電極運動，最后被吸附在電極上的現(xiàn)象.2.靜電除塵：當空氣中的塵埃帶電時，在靜電力作用下，塵埃到達電極而被收集起來的過程.3.靜電噴漆：接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為

的工件運動，并沉積在工件表面.4.靜電復?。簭陀C應用了

的原理，復印機的有機光導體鼓表面涂覆有機光導體(OPC)，無光照時，OPC是

，受光照時變成導體.靜電力正極靜電吸附絕緣體(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導體內(nèi)部的外加電場與附加電場的矢量和為零，即導體內(nèi)部的電場強度處處為零.(

)(2)靜電平衡時，導體內(nèi)部表現(xiàn)為電中性，電荷都分布在外表面，導體內(nèi)部沒有凈剩電荷.(

)(3)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)，不具有靜電平衡的特點.(

)即學即用×√√(4)用金屬網(wǎng)把驗電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗電器，則驗電器箔片能張開.(

)(5)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)場強為零.(

)√×一、靜電平衡導學探究如圖1所示，不帶電的金屬導體放到電場中，導體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動，使導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷.請思考下列問題：(1)自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向如何？重點探究圖1答案自由電子受外加電場的靜電力作用而定向移動，向著與電場相反的方向定向移動.(2)自由電子能否一直定向移動？為什么？答案不能.感應電荷產(chǎn)生的電場與外加電場反向，阻礙電子的定向移動，當這兩個電場大小相等時，電子的定向移動終止.知識深化1.處于靜電平衡狀態(tài)的導體內(nèi)部場強為零的本質(zhì)是外電場E0和感應電荷產(chǎn)生的電場E′的合場強為0，即E0＝－E′.2.孤立的帶電導體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場強為0的本質(zhì)是分布在導體外表面的電荷在導體內(nèi)部的合場強為0.3.處于靜電平衡狀態(tài)的導體，其外表面任一點的場強方向跟該點的表面垂直.4.靜電平衡時，導體上的電荷分布在導體的外表面，其內(nèi)部沒有凈電荷，且凈電荷在導體外表面的分布不均勻，越是尖銳的地方電荷的分布越密集.例1

如圖2所示，把一個架在絕緣支架上的枕形導體放在正點電荷形成的電場中，導體處于靜電平衡狀態(tài).下列說法正確的是A.導體內(nèi)部A點的電場強度大于B點的電場強度B.感應電荷在A、B兩點產(chǎn)生的附加電場強度EA＝EBC.感應電荷在A、B兩點產(chǎn)生的附加電場強度EA＜EBD.當開關(guān)S閉合時，電子從大地沿導線向?qū)w移動圖2√解析枕形導體在正點電荷附近，出現(xiàn)靜電感應現(xiàn)象，導致電荷重新分布，因此在枕形導體內(nèi)部出現(xiàn)感應電荷的電場與點電荷的電場疊加，靜電平衡時，導體內(nèi)部電場強度處處為零，A錯誤；導體內(nèi)部的電場強度處處為零，所以感應電荷產(chǎn)生的附加電場強度的大小與點電荷產(chǎn)生的電場強度的大小相等，方向相反，故EA＞EB，B、C錯誤；當開關(guān)S閉合時，電子從大地沿導線向?qū)w移動，中和導體B端多余的正電荷，D正確.規(guī)律總結(jié)求處于靜電平衡狀態(tài)的導體的感應電荷產(chǎn)生的場強的方法是：(1)先求出外電場場強E外的大小和方向.(2)由于導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，求出感應電場E感的大小和方向.針對訓練

長為l的導體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為＋q的點電荷放在距棒左端R處，如圖3所示.當棒達到靜電平衡后，棒上的感應電荷在棒內(nèi)中點P處產(chǎn)生的電場強度大小等于________，方向為______.圖3向左解析導體棒在點電荷＋q的電場中發(fā)生靜電感應，左端感應出負電荷，右端感應出正電荷，棒中任意一點都受兩個電場的影響，即外電場(＋q在該點形成的電場E0)和附加電場(棒上感應電荷在該點形成的電場E′)，負號代表E′和E0方向相反，即方向向左.例2

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4所示，則A、B帶電荷量分別為A.QA＝1×10－8C

QB＝1×10－8CB.QA＝2×10－8C

QB＝0C.QA＝0

QB＝2×10－8CD.QA＝4×10－8C

QB＝－2×10－8C圖4√解析B球與A球內(nèi)壁接觸后成為一個新的導體，處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部凈電荷量為零，帶電導體的電荷只能分布于導體的外表面，故QB＝0，QA＝4×10－8C－2×10－8C＝2×10－8C，B正確.二、尖端放電靜電屏蔽導學探究

1.避雷針是利用尖端放電保護建筑物的一種設施，其原理是什么？答案當帶電的雷雨云接近建筑物時，由于靜電感應，金屬棒出現(xiàn)與云層相反的電荷.通過尖端放電，這些電荷不斷向大氣釋放，中和空氣中的電荷，使建筑物避免雷擊.2.靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？答案處于靜電平衡狀態(tài)的導體內(nèi)部電場強度處處為零，即使導體殼外有電場，由于殼內(nèi)電場強度保持為0，外電場對殼內(nèi)的物體不會產(chǎn)生影響.知識深化1.尖端放電導體尖端電荷密度大，周圍的電場強度大，把周圍的空氣電離，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，所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和.2.靜電屏蔽(1)靜電屏蔽的實質(zhì)靜電屏蔽的實質(zhì)是利用了靜電感應現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應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

導體外部電場不影響導體內(nèi)部接地導體內(nèi)部的電場不影響導體外部圖示實現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導體球殼表面上感應電荷產(chǎn)生的電場在空腔內(nèi)的合場強為零，達到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當空腔外部接地時，外表面的感應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)論導體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導體，不能是絕緣體例3

如圖5所示，放在絕緣臺上的金屬網(wǎng)罩B內(nèi)放有一個不帶電的驗電器C，若把一帶有正電荷的絕緣體A移近金屬罩B，則A.金屬罩B的內(nèi)表面帶正電荷B.金屬罩B的右側(cè)外表面帶正電荷C.驗電器C的金屬箔片將張開D.金屬罩B左、右兩側(cè)電荷電性相同圖5√解析金屬罩B處于靜電平衡狀態(tài)，電荷分布在其外表面上，所以A錯誤；由于靜電感應，使金屬罩B在左側(cè)外表面感應出負電荷，所以金屬罩B的右側(cè)外表面感應出正電荷，B正確，D錯誤；由于靜電屏蔽，金屬罩內(nèi)電場強度為零，故驗電器C上無感應電荷，驗電器C的金屬箔片不會張開，C錯誤.三、靜電吸附例4

(多選)如圖6所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點間加高壓電源時，金屬管內(nèi)的空氣電離，電離出的電子在靜電力的作用下運動，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負電荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的煙就清潔了.就此示意圖，下列說法正確的是A.N接電源的正極 B.M接電源的正極C.電場強度EB＞EA D.電場強度EB＜EA√√圖6解析電子附著在煤粉上，使煤粉帶上負電荷，煤粉若能吸附在管壁上，說明管壁帶正電荷，因此可知N接電源正極，A正確，B錯誤.金屬棒與金屬管可看成圓柱電極與圓環(huán)電極，電場線分布情況如圖所示.由圖可知金屬棒附近的B點處電場線較密，而靠近金屬管壁的A點處電場線較疏，故B處場強比A處場強大，即EB＞EA，C正確，D錯誤.1.(靜電屏蔽)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，待在汽車里比待在木屋里要危險123隨堂演練√123解析電工穿絕緣衣容易產(chǎn)生大量的靜電，反而比較危險，選項A錯誤.塑料油桶會因摩擦而帶電，因為塑料是絕緣材料，不能把電荷導走，所以塑料油桶內(nèi)易產(chǎn)生火花導致塑料油桶爆炸，選項B正確.小鳥停在單根高壓輸電線上時，加在小鳥兩腳間的電壓非常小，小鳥不會被電死，選項C錯誤.打雷時，待在汽車里，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，所以待在汽車里比待在木屋里要安全，選項D錯誤.2.(尖端放電)如圖7所示是模擬避雷針作用的實驗裝置，金屬板M接高壓電源的正極，金屬板N接負極.金屬板N上有兩個等高的金屬柱A、B，A為尖頭，B為圓頭.逐漸升高電源電壓，當電壓達到一定數(shù)值時，可看到放電現(xiàn)象.先產(chǎn)生放電現(xiàn)象的是A.A金屬柱B.B金屬柱C.A、B金屬柱同時D.可能是A金屬柱，也可能是B金屬柱123√圖7解析由于導體尖端電荷比較密集，更容易產(chǎn)生放電現(xiàn)象，故選A.3.(靜電平衡)在點電荷－Q形成的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓盤所在平面與點電荷在同一平面內(nèi)，則能正確表示圓盤上感應電荷在圓盤中A點所激發(fā)的附加場強E′的方向的是下圖中的123√解析由于圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，感應電荷在圓盤中A點激發(fā)的附加場強E′應與－Q在A點產(chǎn)生的場強E等大反向，選項A正確.考點一靜電平衡1.一個帶電的金屬球，當它帶的電荷量增加后(穩(wěn)定)，其內(nèi)部的電場強度A.一定增強 B.不變C.一定減弱 D.可能增強，也可能減弱基礎(chǔ)對點練課時對點練123456789√解析孤立的帶電金屬球處于靜電平衡，則內(nèi)部電場強度為零，當它帶的電荷量增加，再次達到靜電平衡，則其內(nèi)部電場強度仍為零，故B正確.2.(多選)如圖1所示，當在真空中把一不帶電導體AB向帶負電的小球P緩慢地靠近(不接觸，且未發(fā)生放電現(xiàn)象)時，下列說法正確的是123456789圖1A.B端的感應電荷越來越多B.導體內(nèi)部場強越來越大C.導體上的感應電荷在M點產(chǎn)生的場強大于在N點

產(chǎn)生的場強D.導體上的感應電荷在M、N兩點產(chǎn)生的場強相等√√123456789M點距小球P的距離比N點要近，帶負電的小球P在M點產(chǎn)生的場強大于在N點產(chǎn)生的場強，而導體內(nèi)部的合場強處處為零，那么導體上的感應電荷在M點產(chǎn)生的場強就大于在N點產(chǎn)生的場強，故選項C正確，選項D錯誤.解析由于導體AB緩慢移動，所以導體AB內(nèi)部可以認為始終處于靜電平衡狀態(tài)，導體內(nèi)部場強始終為零，選項B錯誤；由于導體AB距P越來越近，所以導體A、B兩端積累的感應電荷會越來越多，選項A正確；考點二尖端放電靜電屏蔽3.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，比較柔軟便于操作C.電工被銅絲衣服所包裹，使體內(nèi)電場強度為零D.銅線電阻小，能對人體起到保護作用123456789√解析高壓線路的檢修人員在進行高壓作業(yè)時，要穿上用銅絲網(wǎng)編織的高壓作業(yè)服，相當于把人體用銅絲網(wǎng)罩起來.強電場被作業(yè)服屏蔽，外部電場就不會影響到人體，從而避免了感應電場對人體的傷害，故選項C正確.4.(多選)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中的異種電荷B.避雷針避雷利用了尖端放電現(xiàn)象C.為了美觀，通常把避雷針頂端設計成球形D.避雷針安裝在高大建筑物頂部，且必須接地123456789√√√5.(多選)如圖所示的四組靜電實驗中，能使左邊的驗電器的金屬箔片張開的是123456789√√解析處于靜電平衡狀態(tài)下的導體所帶的電荷分布在導體的外表面，A項正確，B項錯誤；C項因?qū)Ь€與右側(cè)驗電器的金屬盒表面接觸，左側(cè)驗電器相當于右側(cè)驗電器的遠端，金屬箔片應張開，D項中左邊的驗電器處于金屬網(wǎng)罩的靜電屏蔽中，左邊驗電器的金屬箔片不會張開，C項正確，D項錯誤.123456789考點三靜電吸附6.(多選)靜電噴漆是利用靜電吸附現(xiàn)象制造的，其噴涂原理如圖2所示，則以下說法正確的是A.在噴槍噴嘴與被噴涂工件之間有一強電場B.涂料微粒一定帶正電C.涂料微粒一定帶負電D.涂料微?？赡軒д?，也可能帶負電123456789圖2√√123456789解析工作時涂料微粒會向帶正電的被噴涂工件高速運動，是由于噴槍噴嘴與被涂工件之間形成了強電場，由正電荷對涂料微粒的吸引作用可得出涂料微粒帶負電荷，故A、C正確.7.如圖3為靜電除塵器除塵原理的示意圖.塵埃在電場中通過某