高中物理第一章靜電場7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用課件新人教版

第一章

靜電場7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡產(chǎn)生的條件.2.掌握靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點(diǎn).3.了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用.內(nèi)容索引知識(shí)探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測知識(shí)探究1導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示，不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動(dòng)，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號(hào)電荷.請思考下列問題：(1)自由電子定向移動(dòng)的原因是什么？定向移動(dòng)的方向如何？答案圖1自由電子受外加電場的電場力作用而移動(dòng)，向著與電場相反的方向定向移動(dòng).一、靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體(2)自由電子能否一直定向移動(dòng)？為什么？答案不能.感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與外加電場反向，阻礙電子的定向移動(dòng)，當(dāng)這兩個(gè)電場大小相等時(shí)，電子的定向移動(dòng)終止.知識(shí)梳理1.靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體在電場中發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，感應(yīng)電荷的電場與原電場

，使導(dǎo)體內(nèi)部電場

，直至為零，導(dǎo)體內(nèi)部自由電子不再發(fā)生

的狀態(tài).2.處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特征(1)內(nèi)部的電場__________

.(2)外部表面附近任何一點(diǎn)的場強(qiáng)方向必定與這點(diǎn)的表面_____.(3)整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)

，它的表面是個(gè)_________

.減弱定向移動(dòng)處處為零垂直等勢體等勢面疊加3.靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體上的電荷分布特點(diǎn)：(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.表面越大即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的電勢差為零.(

)(2)靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零，導(dǎo)體的電勢也為零.(

)(3)因?yàn)橥怆妶龊退懈袘?yīng)電荷的電場在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的合電場為0，所以處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場處處為0.(

)(4)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再運(yùn)動(dòng).()√×√×導(dǎo)學(xué)探究(1)避雷針是利用尖端放電保護(hù)建筑物的一種設(shè)施，其原理是什么？答案導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場很強(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng)，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正、負(fù)電荷分離.這個(gè)現(xiàn)象叫做空氣的電離.中性的分子電離后變成帶負(fù)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(qiáng)電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)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(hào)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(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷.二、尖端放電靜電屏蔽(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部場強(qiáng)處處為零，若導(dǎo)體是空心的，則空心部分的場強(qiáng)怎樣？靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？答案空心部分場強(qiáng)為零.靜電屏蔽是利用“處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零”，即使內(nèi)部有自由電子，受到的電場力也為0，自由電子不發(fā)生定向移動(dòng).知識(shí)梳理1.空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷

很大，附近的電場很強(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在

的作用下發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng)把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正負(fù)電荷

的現(xiàn)象.2.尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被______而奔向尖端，與尖端上的電荷

，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端____________的現(xiàn)象.3.靜電屏蔽：金屬殼或金屬網(wǎng)的空腔內(nèi)不受外界電場的影響，殼(網(wǎng))內(nèi)電場強(qiáng)度保持為

，外電場對殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會(huì)產(chǎn)生影響，金屬殼(網(wǎng))的這種作用叫做___________.密度強(qiáng)電場分離吸引中和失去電荷0靜電屏蔽4.尖端放電和靜電屏蔽的應(yīng)用、防止：(1)尖端放電：①應(yīng)用：

是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施.②防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量

會(huì)減少電能的損失.(2)靜電屏蔽的應(yīng)用：電學(xué)儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導(dǎo)線與大地相連.避雷針光滑即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)避雷針能避免建筑物被雷擊是因?yàn)樵茖又袔У碾姾杀槐芾揍樛ㄟ^導(dǎo)線導(dǎo)入大地.(

)(2)用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，則驗(yàn)電器箔片能張開.(

)(3)飛機(jī)輪上裝有拖地線，油罐車后面拖條鐵鏈都是把靜電導(dǎo)入大地.(

)(4)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(qiáng)為零.(

)××√√2題型探究一、靜電平衡的理解及應(yīng)用1.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零的本質(zhì)是外電場E0和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場E′的合場強(qiáng)為0，即E0＝－E′.2.孤立的帶電導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場強(qiáng)為0的本質(zhì)是分布在導(dǎo)體外表面的電荷在導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)為0.3.處于靜電平衡的導(dǎo)體是等勢體，表面是等勢面，所以導(dǎo)體表面的電場線應(yīng)與導(dǎo)體表面垂直.例1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(diǎn)電荷放在距棒左端R處，如圖2所示.當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)P處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小等于_________，方向?yàn)開______.答案解析圖2向左

導(dǎo)體棒在點(diǎn)電荷＋q的電場中發(fā)生靜電感應(yīng)，左端出現(xiàn)負(fù)電荷，右端出現(xiàn)正電荷，棒中任何一點(diǎn)都有兩個(gè)電場，即外電場：＋q在該點(diǎn)形成的電場E0；附加電場：棒上感應(yīng)電荷在該點(diǎn)形成的電場E′，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)E′＝E0.題中所求的即為E′，于是我們通過上述等式轉(zhuǎn)化為求E0.于是E′＝E0

針對訓(xùn)練1

(多選)如圖3所示，帶負(fù)電的點(diǎn)電荷旁有一接地大金屬板，A為金屬板內(nèi)的一點(diǎn)，B為金屬板左側(cè)外表面上的一點(diǎn)，下列關(guān)于金屬板上感應(yīng)電荷在A點(diǎn)和B點(diǎn)的場強(qiáng)方向判斷正確的是

A.感應(yīng)電荷在A點(diǎn)的場強(qiáng)沿E1方向B.感應(yīng)電荷在A點(diǎn)的場強(qiáng)沿E2方向C.感應(yīng)電荷在B點(diǎn)的場強(qiáng)可能沿E3方向D.感應(yīng)電荷在B點(diǎn)的場強(qiáng)可能沿E4方向圖3√答案解析√

金屬板內(nèi)的電場強(qiáng)度處處為0，則感應(yīng)電荷的電場與點(diǎn)電荷的電場等大反向，即感應(yīng)電荷在A點(diǎn)的場強(qiáng)沿E2方向，選項(xiàng)B正確；金屬板表面的電場強(qiáng)度垂直表面向外，即為感應(yīng)電荷的電場與點(diǎn)電荷的電場的合場強(qiáng)，則感應(yīng)電荷在B點(diǎn)的場強(qiáng)可能沿E3方向，選項(xiàng)C正確.二、靜電平衡導(dǎo)體的電荷分布1.凈電荷只分布在導(dǎo)體表面，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，近異遠(yuǎn)同，如圖4甲所示.3.凈電荷在導(dǎo)體表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖乙所示.甲乙圖4例2

如圖5所示，把一個(gè)帶正電的小球放入原來不帶電的金屬空腔球殼內(nèi)并接觸，其結(jié)果可能是A.只有球殼外表面帶正電B.球殼的內(nèi)表面帶負(fù)電，外表面帶正電C.球殼的內(nèi)、外表面都帶正電D.球殼的內(nèi)表面帶正電，外表面帶負(fù)電圖5√答案解析小球與球殼接觸構(gòu)成一個(gè)新導(dǎo)體，它的電荷量都分布在新導(dǎo)體的外表面，即只有球殼外表面帶正電，A對，B、C、D錯(cuò).針對訓(xùn)練2

(多選)如圖6所示，在絕緣板上放有一個(gè)不帶電的金箔驗(yàn)電器A和一個(gè)帶正電荷的空腔導(dǎo)體B.下列實(shí)驗(yàn)方法中能使驗(yàn)電器箔片張開的是A.用取電棒C(帶絕緣柄的導(dǎo)體棒)先跟B的內(nèi)壁接觸一下后再跟A接觸B.用取電棒C先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸C.用絕緣導(dǎo)線把驗(yàn)電器A跟取電棒C的導(dǎo)體部分

相連，再把取電棒C與B的內(nèi)壁接觸D.使驗(yàn)電器A靠近B答案解析√圖6√√A項(xiàng)中取電棒先和B的內(nèi)壁接觸后，由于B的內(nèi)壁本身沒有電荷，所以再接觸A時(shí)驗(yàn)電器箔片不張開；B項(xiàng)中可以使取電棒帶電，從而使A帶電；C項(xiàng)中用絕緣導(dǎo)線實(shí)際上是將驗(yàn)電器A和B連成了一個(gè)導(dǎo)體，A因接觸而帶電；D項(xiàng)中是感應(yīng)起電.所以B、C、D項(xiàng)正確.三、靜電屏蔽的理解及應(yīng)用例3如圖7所示，把原來不帶電的金屬殼B的外表面接地，將一帶正電的小球A從小孔中放入球殼內(nèi)，但不與B發(fā)生接觸，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)后，則

A.B的空腔內(nèi)電場強(qiáng)度為零B.B不帶電C.B的外表面帶正電D.B的內(nèi)表面帶負(fù)電圖7√答案解析因?yàn)榻饘贇さ耐獗砻娼拥兀酝獗砻鏌o感應(yīng)電荷，只有內(nèi)表面有感應(yīng)電荷分布，且由于A帶正電，則B的內(nèi)表面帶負(fù)電，D對，B、C錯(cuò)；B的空腔內(nèi)有帶正電的小球A產(chǎn)生的電場和金屬殼內(nèi)表面感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場，由電場疊加知，電場線的方向由A指向B，所以空腔內(nèi)電場強(qiáng)度不為零，A錯(cuò).規(guī)律總結(jié)靜電屏蔽的兩種情況

屏蔽外電場屏蔽內(nèi)電場圖示實(shí)現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場強(qiáng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，外表面的感應(yīng)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

屏蔽外電場屏蔽內(nèi)電場最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡針對訓(xùn)練3

(多選)如圖8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(gè)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不偏左也不偏右答案解析√圖8√導(dǎo)體空腔處于外電場中時(shí)，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(huì)偏轉(zhuǎn)，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確.故選B、D.達(dá)標(biāo)檢測31.請用學(xué)過的電學(xué)知識(shí)判斷下列說法正確的是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(huì)被電死D.打雷時(shí)，待在汽車?yán)锉却谀疚堇镆ｋU(xiǎn)答案解析√1234電工穿絕緣衣容易產(chǎn)生大量的靜電，反而比較危險(xiǎn)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.塑料油桶會(huì)因摩擦而帶電，因?yàn)樗芰鲜墙^緣材料，不能把電導(dǎo)走，所以塑料油桶內(nèi)易產(chǎn)生火花導(dǎo)致塑料油桶爆炸，選項(xiàng)B正確.小鳥停在單根高壓輸電線上時(shí)，加在小鳥兩腿間的電壓非常小，小鳥不會(huì)被電死，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.打雷時(shí)，待在汽車?yán)?，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?yán)锉却谀疚堇镆踩?，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.故選B.12342.如圖9所示，在一電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中放一金屬空心導(dǎo)體，圖中a、b分別為金屬導(dǎo)體內(nèi)部與空腔中的兩點(diǎn)，則答案圖91234A.a、b兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度都為零B.a點(diǎn)電場強(qiáng)度為零，b點(diǎn)不為零C.a點(diǎn)電場強(qiáng)度不為零，b點(diǎn)為零D.a、b兩點(diǎn)電場強(qiáng)度均不為零√3.(多選)如圖10所示，B是帶有絕緣支架的空腔帶電金屬球殼，A是驗(yàn)電器，A、B相距較遠(yuǎn)，導(dǎo)線C的一端接驗(yàn)電器的金屬球，下列現(xiàn)象正確的是答案圖101234A.將C的另一端與B的外殼接觸，驗(yàn)電器的金屬箔張開B.將C的另一端與B的內(nèi)表面接觸，驗(yàn)電器的金屬箔張開C.將C的另一端與B的外殼接觸，驗(yàn)電器的金屬箔不張開D.將C的另一端與B的內(nèi)表面接觸，驗(yàn)電器的金屬箔不張開√√4.如圖11所示，點(diǎn)電荷A和B帶電荷量分別為3.0×10－8C和－2.4×10－8C，彼此相距6cm.若在兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)O處放一個(gè)半徑為1cm的金屬球殼，求球殼上感應(yīng)電荷在O點(diǎn)處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度.(靜電力常量k＝9×109N·m2