《高中物理第一章静电场1.7静电现象的应用课件新人教版选修3_12》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理第一章静电场1.7静电现象的应用课件新人教版选修3_12（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、7静电现象的应用 自主预习 1 静电感应现象 把导体放入电场中 导体内部的自由电荷在 作用下定向移动 而使导体两端出现 电荷的现象 电场力 等量异种 2 静电感应的因果关系 自由电荷 异种电荷 E外 3 静电平衡 1 定义 导体中 包括表面上 没有电荷 的状态 定向移动 2 特点 导体内部场强处处为 导体是个 表面是个 导体表面上任一点的电场线方向跟该点的表面 导体内部 电荷 电荷分布在导体的 且在导体表面 越尖锐的位置 电荷的密度 凹陷的位置几乎 零 等势体 等势面 垂直 没有 外表面 越大 没有电荷 4 尖端放电 1 尖端放电 空气被电离后 那些所带电荷与导体尖端的电荷电性相反的粒子 由于
2、被吸引而奔向尖端 与尖端上的电荷 相当于导体从尖端 的现象 中和 失去电荷 2 应用和防止 应用 避雷针是利用 避免雷击的一种设施 防止 高压设备中导体的表面 会减少电能的损失 尖端放电 尽量光滑 5 静电屏蔽 1 定义 当金属外壳达到静电平衡时 内部 电场 因而金属的外壳会对其 起保护作用 使其 不受外部电场影响的现象 2 应用 电学仪器外面有 野外高压线上方还有 与大地相连 都是利用静电屏蔽消除外电场的影响 没有 内部 内部 金属壳 两条导线 预习小测 1 处于静电平衡的导体内部场强处处为零是因为 A 导体内部无电场B 外电场不能进入导体内部C 所有感应电荷在导体内部产生的合场强为零D 外
3、电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为零 解析 选D 当导体处于静电平衡时 外电场与感应电荷的电场在导体内部叠加 合场强为零 导致处于静电平衡的导体内部场强处处为零 故只有D正确 2 避雷针能够避免建筑物被雷击是因为 A 云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地B 避雷针的尖端向云层放电 中和了云层中的电荷C 云层与避雷针发生摩擦 避雷针上产生的电荷被导入大地D 以上说法都不对 解析 选B 带电荷的云层靠近避雷针时 在避雷针尖端感应出与云层相反的电荷 达到一定程度就向空中放电 中和云层中的电荷 从而避免建筑物遭受雷击 所以只有B正确 3 在点电荷 Q的电场中 一个金属圆盘处于静电平衡状态
4、 若圆盘与点电荷在同一平面内 则盘上的感应电荷在盘中A点所激发的附加场强E 的方向是图中的 解析 选A 感应电荷在盘中A点激发的附加场强E 应与 Q在A点产生的场强等大反向 故选项A正确 主题一静电平衡下的导体 互动探究 如图所示 将一不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的匀强电场中 1 导体ABCD内部自由电子怎样移动 电子的移动最终会出现怎样的结果 提示 将呈电中性状态的金属导体放入场强为E0的静电场中 导体内自由电子便受到与场强E0方向相反的电场力作用 如图甲所示 自由电子要向电场E0的反方向做定向移动 并在导体的一个侧面聚集 使该侧面出现负电荷 而相对的另一侧出现 过剩 的等量的正电
5、荷 导体沿着电场强度方向两端出现等量异种电荷 如图乙所示 等量异种电荷在导体内部 形成与场强E0反向的场强E 在导体内任一点的场强可表示为E内 E0 E 因附加电场E 总与外电场E0方向相反 叠加的结果削弱了导体内部的电场 随着导体两侧感应电荷的继续增加 附加电场E 增强 合场强E内将逐渐减小 当E内 0时 自由电子的定向移动也就停止了 这时就达到了静电平衡状态 如图丙所示 2 在问题 1 中导体上感应电荷在导体内某点产生的场强多大 提示 由于导体内场强为零 即感应电荷产生的电场与原电场的合场强为零 E E0 3 处于静电平衡状态的导体 其外部表面附近任何一点的场强方向与这点的表面有什么关系
6、提示 垂直 假如导体表面的电场强度方向与该点的表面不垂直 则沿表面有电场强度的切向分量 在导体表面的自由电荷将受到库仑力的作用而发生定向移动 这与静电平衡相矛盾 故外部表面附近任何一点的场强方向与这点的表面相垂直 4 处于静电平衡状态的导体 其电势情况是怎样的 提示 处于静电平衡状态的导体 内部场强处处为零 表面电场强度垂直于导体表面 因此 当在导体内部移动电荷时 就不受库仑力作用 没有库仑力做功 根据W qU得U 0 即导体内任意两点间的电势差为零 即等电势 所以电场中的导体是一等势体 导体的表面是一等势面 探究总结 1 对静电平衡的理解 1 静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果 达到静电平
7、衡时 自由电荷不再发生定向移动 2 金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的 3 导体达到静电平衡后 内部场强处处为零是指原电场的电场强度E0与导体两端感应电荷产生的场强E 的合场强为零 2 静电平衡导体电荷分布特点 1 处于静电平衡状态的导体 内部的场强处处为零 2 处于静电平衡状态的整个导体是个等势体 它的表面是个等势面 3 导体内部没有净电荷 净电荷只分布在导体的表面 4 在导体表面 越尖锐的位置 电荷的密度越大 凹陷的位置几乎没有电荷 典例示范 2018 成都高二检测 长为l的导体棒原来不带电 现将一带电荷量为 q的点电荷放在距棒左端R处 如图所示 当棒达到静电平衡后 下列关于棒上的感应
8、电荷在棒内中点处产生的场强大小和方向判断正确的是 解题指南 解答本题应把握以下两点 1 本题中感应电荷是面分布 不是点电荷 且电荷量未知 不能直接用E k求解 2 静电平衡状态下导体内部场强处处为零 即感应电荷产生的场强与外电场的场强等大反向 解析 选C 导体棒在点电荷 q的电场中发生静电感应 左端表面出现负电荷 右端表面出现正电荷 棒内任何一点都有两个电场 即外电场 q在该点形成的电场E0 附加电场 棒上感应电荷在该点形成的电场E 达到静电平衡时棒内场强为零 即E E0 题中所求的即为E 于是我们通过上述等式转化为求E0 棒中点距离 q为r R 于是E E0 E 和E0方向相反 方向向左 C
9、正确 探究训练 1 2018 烟台高二检测 如图所示为一空腔球形导体 不带电 现在将一个带正电的小金属球A放入空腔中 当静电平衡时 图中a b c三点的场强E和电势 的关系是 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 选D 空腔球形导体在正电荷A的电场中感应的结果如图所示 从电场线的疏密可确定a点场强大于c点场强 而b点场强为零 故Ea Ec Eb 而沿着电场线电势降低 故 a b c D选项正确 2 多选 如图所示 在真空中把一导体AB向带负电的小球P缓慢地靠近 不接触 且未发生放电现象 时 下列说
10、法中正确的是 A B端的感应电荷越来越多B 导体内部场强越来越大C 导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强D 导体的感应电荷在M N两点产生的场强相等 解题指南 解答本题应明确以下两点 1 导体处于静电平衡时内部场强处处为零 即E感 E外 2 点电荷的场强公式E k 解析 选A C 导体靠近带负电的小球P时 导体中的自由电子受到带负电小球P产生的电场的作用 不断地向B端移动 B端的感应电荷不断增多 故选项A正确 由于导体AB缓慢移动 故导体处于静电平衡是在很短的时间内完成的 带负电小球P产生的电场和导体AB上感应电荷产生的电场叠加的结果会使导体内部各处的合场强总等于零 故选项B错误
11、 M点距小球P的距 离比N点要近 由E k可知 带负电小球P在M点产生的场强大于在N点产生的场强 而导体内部的合场强处处为零 那么导体上的感应电荷在M点产生的附加电场的场强就大于在N点产生的附加电场的场强 故选项C正确 选项D错误 补偿训练 1 多选 如图所示 接地的金属板右侧有固定的点电荷 Q a b点是金属板右侧表面的两点 其中a到 Q的距离较小 下列说法正确的是 A 由于静电感应 金属板右侧表面带负电 左侧表面带正电B 由于静电感应 金属板右侧表面带负电 左侧表面不带电C 整个导体 包括表面上的a b点 是一个等势体 且电势等于零D a b两点的电场强度不为零 且a b两点场强方向相同
12、但a点的场强比b点的场强要强 大 一些 解析 选B C D 金属板若不接地 右侧表面将有感应的负电荷 左侧表面将有感应的等量正电荷 现金属板接地 正电荷通过接地导线移向大地 静电平衡时左侧表面不带电 整个金属板的电势都为零 所以选项A错误 选项B C正确 金属板接地时 右侧表面上仍有感应负电荷 而且a点附近的电荷面密度 单位表面积的电荷量 比b点附近的电荷面密度要大些 场强要强 大 些 电场线也密一些 整个金属板是等势体 右侧表面是等势面 电场线与等势面垂直 可见a b两点的场强方向都垂直指向右侧面 方向相同 所以选项D也正确 2 多选 如图所示 带电体Q靠近一个接地空腔导体 空腔里面无电荷
13、在静电平衡后 下列物理量中等于零的是 A 导体空腔内任意点的场强B 导体空腔内任意点的电势C 导体外表面的电荷量D 导体空腔内表面的电荷量 解析 选A B D 静电平衡状态下的导体内部场强处处为零 且内表面不带电 故选项A D正确 由于导体接地 故整个导体的电势为零 选项B正确 导体外表面受带电体Q的影响 所带电荷量不为零 故选项C不正确 3 一个带绝缘底座的空心金属球A带有4 10 8C的正电荷 上端开有适当小孔 有绝缘柄的金属小球B带有2 10 8C的负电荷 使B球和A球内壁接触 如图所示 则A B带电荷量分别为 A QA 10 8C QB 10 8CB QA 2 10 8C QB 0C
14、QA 0 QB 2 10 8CD QA 4 10 8C QB 2 10 8C 解析 选B A B两带电小球接触中和后净电荷只分布在外表面上 故B项正确 故选B 通法悟道 静电平衡导体电荷分布的分析方法 1 远近观 法 处于静电平衡状态的导体 离场源电荷较近和较远的两端感应出等量的异种电荷 而导体的中间部分因感应电荷较少 可认为无感应电荷产生 如图甲所示 2 整体观 法 当两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时 就可把它们看作是一个大导体 再用 远近观 判断它们的带电情况 如有些问题所提到的 用手触摸某导体 其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体 不要认为导体内部没有电荷 用导线连接带
15、电体内部时 小球Q就不带电 其实连接后就已成为一个整体 故小球通过导线得到了电荷 如图乙所示 主题二尖端放电静电屏蔽 互动探究 情景1 如图甲所示 使带正电的金属球靠近验电器 情景2 如图乙所示 若用一个金属网罩把验电器罩住 再让带电金属球靠近验电器 情景3 如图丙 金属网罩不带电 罩内小球带正电 将验电器靠近金属网罩 如图丁 把金属网罩接地 试结合上述三种情境 讨论下列问题 1 情景1中 验电器的箔片是否张开 提示 使带正电的金属球靠近验电器 验电器的箔片会张开 2 验电器的箔片是否张开 这些现象说明了什么 提示 用一个金属网罩把验电器罩住 再让带电金属球靠近 验电器的箔片不张开 说明图甲中
16、的验电器受到附近带电体的影响 图乙中金属网罩内的验电器不受附近带电体的影响 3 情景3中 图丙验电器的箔片是否张开 图丁验电器的箔片是否张开 这些现象说明了什么 提示 金属网罩不带电 罩内小球带正电 将验电器靠近金属网罩 验电器箔片张开 把金属网罩接地 则验电器箔片不张开 这些现象说明网罩不接地时内部带电体产生的电场能影响外界 金属网罩接地时 内部电场不影响外界 探究总结 1 静电屏蔽的实质 静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象 使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零 好像是金属壳将外电场 挡 在外面 即所谓的屏蔽作用 其实是壳内两种电场并存 矢量和为零而已 2 静电屏蔽的两种情况 1 导体内空腔不受外界影响 如图甲所示 2 接地导体空腔外部不受内部电荷影响 如图乙所示 拓展延伸 1 静电屏蔽的实现过程 1 如图甲 因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零 达到静电平衡状态 对内实现了屏蔽 2 如图乙 当金属壳接地时 外表面的感应电荷传给地球 外部电场消失 对外起到屏蔽作用 2 静电屏蔽的分类 1 外屏蔽 金属外壳不接地 则外表面会产生与内部带电体等量且同号
