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1、第九章第九章 静电场及其应用静电场及其应用学习目标学习目标1.通过静电感应和电场叠加原理通过静电感应和电场叠加原理,理解静电平衡状态的形成过程理解静电平衡状态的形成过程.知道知道处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为0,培养知识迁移能力培养知识迁移能力.2.结合生活现象结合生活现象,知道尖端放电现象、静电屏蔽现象及有关应用知道尖端放电现象、静电屏蔽现象及有关应用,培养培养运用物理知识分析实际问题的能力运用物理知识分析实际问题的能力.3.通过对静电复印、静电喷漆和静电除尘等技术应用中的静电现象通过对静电复印、静电喷漆和静电除尘等技术应用中的静电现象进行分
2、析进行分析,了解静电在生产、生活中的应用了解静电在生产、生活中的应用.关注生产、生活中的静关注生产、生活中的静电现象电现象,体会物理学与生产和生活的紧密联系体会物理学与生产和生活的紧密联系.4静电的防止与利用静电的防止与利用知识点一静电平衡知识点一静电平衡答案答案:发生静电感应现象发生静电感应现象.导体内自由电子的定向移动不是无休导体内自由电子的定向移动不是无休止的止的,当达到静电平衡后当达到静电平衡后,电子将不再定向移动电子将不再定向移动.1.如图所示如图所示,带电体带电体C靠近不带电的导体靠近不带电的导体A、B会发生什么现象会发生什么现象?导体内电荷的定向移动是无休止的吗导体内电荷的定向移
3、动是无休止的吗?2.静电平衡状态静电平衡状态:导体中导体中(包括表面包括表面)不再发生定向移不再发生定向移动动.3.静电平衡状态的特征静电平衡状态的特征.(1)处于静电平衡状态的导体处于静电平衡状态的导体,其内部的电场强其内部的电场强度度 .(2)处于静电平衡状态的导体处于静电平衡状态的导体,表面处的电场强表面处的电场强度度 ,表面处表面处的电场方向跟导体表的电场方向跟导体表面面 .自由电子自由电子处处为处处为0不为不为0垂直垂直知识点二尖端放电知识点二尖端放电1.空气的电离空气的电离:静电平衡时静电平衡时,电荷只分布在导体的外面表电荷只分布在导体的外面表.在导体外在导体外表面表面,越尖锐的位
4、置越尖锐的位置,电荷的密度电荷的密度 ,周围的电场强度越大周围的电场强度越大.在一在一定条件下定条件下,导体尖端周围的导体尖端周围的 足以使空气中残留的带电粒子足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动发生剧烈运动,并与空气分子碰撞从而使空气分子中并与空气分子碰撞从而使空气分子中的的 .分分离离.这个现象叫作空气的电离这个现象叫作空气的电离.2.尖尖端端放放电电:空空气气电电离离后后,那那些些所所带带电电荷荷与与导导体体尖尖端端的的电电荷荷符符号号 的的粒子粒子,由于被吸引而奔向尖端由于被吸引而奔向尖端,与尖端上的电与尖端上的电荷荷 ,这相这相当于导体从尖端失去电荷当于导体从尖端失去电荷.这种现象
5、叫作尖端放电这种现象叫作尖端放电.越大越大强电场强电场正负电荷正负电荷相反相反中和中和1.如图所示，如图所示，法法拉第笼是一种用于演示静电屏蔽和高压带电作拉第笼是一种用于演示静电屏蔽和高压带电作业原理的设备业原理的设备.笼体与大地笼体与大地连连通通，当当带有带有10万伏高压的放电杆尖万伏高压的放电杆尖端接近笼体时端接近笼体时,出现放电火花出现放电火花,这时笼体内的表演者用手触摸笼这时笼体内的表演者用手触摸笼壁接近放电火花是否会触电壁接近放电火花是否会触电?为什么为什么?知识点三静电屏蔽知识点三静电屏蔽答案答案:不会不会.法拉第笼外壳是金属法拉第笼外壳是金属,能起屏蔽作用能起屏蔽作用,所以表演者
6、在笼所以表演者在笼内是安全的内是安全的.2.静电屏蔽静电屏蔽:把一个电学仪器放在封闭的金属壳里把一个电学仪器放在封闭的金属壳里,即使壳即使壳外外有有 ,但由于壳内电场强度保持但由于壳内电场强度保持为为 ,外电场对壳内的仪器不外电场对壳内的仪器不会产生影响会产生影响.金属壳的这种作用叫作静电屏蔽金属壳的这种作用叫作静电屏蔽.3.实现静电屏蔽的器材实现静电屏蔽的器材:不一定要不一定要用用 的的金属容器金属容器,也也能起到屏蔽作用能起到屏蔽作用.电场电场0密封密封金属网金属网知识点四静电吸附知识点四静电吸附1.静电吸附静电吸附:在电场中在电场中,带电粒子受带电粒子受到到 的的作用作用,向着电极运向着
7、电极运动动,最后会被吸附在电极上最后会被吸附在电极上.2.静电吸附的应用静电吸附的应用:、.静电力静电力静电除尘静电除尘静电喷漆静电喷漆静电复印静电复印小试身手小试身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打正确的打“”,错误的打错误的打“”).).1.静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为0.()2.处于静电平衡状态的导体处于静电平衡状态的导体,导体内部无电场导体内部无电场.()3.所有感应电荷在导体内部产生的合电场强度为所有感应电荷在导体内部产生的合电场强度为0.()4.用金属网把验电器罩起来用金属网把验电器罩起来,再使带
8、电金属球靠近验电器再使带电金属球靠近验电器,则验电则验电器箔片能张开器箔片能张开.()5.避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地过导线导入大地.()6.在印染厂中保持适当的湿度在印染厂中保持适当的湿度,是为了防止静电的危害是为了防止静电的危害.()探究一探究一静电平衡和尖端放电静电平衡和尖端放电问题情境问题情境如图所示如图所示,把一个不带电的金属导体把一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为放到电场强度为E0的的水平向右的匀强电场中水平向右的匀强电场中.1.金属导体内的自由电子会如何运动金属导体内的自由电子会
9、如何运动?导体两端的正负电荷产导体两端的正负电荷产生电场吗生电场吗?若产生电场若产生电场,产生的电场方向是怎样的呢产生的电场方向是怎样的呢?答案答案:导体中的自由电子在静电力的作用下向着电场强度导体中的自由电子在静电力的作用下向着电场强度E0方方向相反的方向发生定向移动向相反的方向发生定向移动,使导体左端带负电使导体左端带负电,右端带等量的右端带等量的正电荷正电荷,在导体内产生一个方向与电场强度在导体内产生一个方向与电场强度E0方向相反的电场方向相反的电场.2.导体内部的电场会发生什么变化导体内部的电场会发生什么变化?导体内部的自由电子还导体内部的自由电子还会继续移动吗会继续移动吗?最终会出现
10、什么现象最终会出现什么现象?答案答案:两个电场叠加两个电场叠加,使导体内部的电场减弱使导体内部的电场减弱.在叠加后的电场在叠加后的电场作用下作用下,仍有自由电子发生定向运动仍有自由电子发生定向运动.当导体内部两个电场叠加当导体内部两个电场叠加的电场强度的电场强度E=0 时时,导体内的自由电子不再发生定向运动导体内的自由电子不再发生定向运动,导体导体达到静电平衡状态达到静电平衡状态.3.将尖锐的金属棒安装在建筑物的顶端将尖锐的金属棒安装在建筑物的顶端,用粗导线与埋在地下的用粗导线与埋在地下的金属板连接金属板连接,保持与大地的良好接触保持与大地的良好接触,就成为避雷针就成为避雷针.高大建筑物高大建
11、筑物上为什么要安装避雷针上为什么要安装避雷针?答案答案:使建筑物免遭雷击使建筑物免遭雷击.当带电的雷雨云接近建筑物时当带电的雷雨云接近建筑物时,由于静由于静电感应电感应,金属棒出现与云层相反的电荷金属棒出现与云层相反的电荷.通过尖端放电通过尖端放电,这些电荷这些电荷不断向大气释放不断向大气释放,中和空气中的电荷中和空气中的电荷,达到避免雷击的目的达到避免雷击的目的.过程建构过程建构1.对静电平衡的理解对静电平衡的理解.(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果,达到静电平衡时达到静电平衡时,自由电荷不再发生定向移动自由电荷不再发生定向移动,但仍在做无规则运动
12、但仍在做无规则运动.(2)金属导体建立静电平衡的时间非常短暂金属导体建立静电平衡的时间非常短暂.(3)导体达到静电平衡后内部电场强度处处为导体达到静电平衡后内部电场强度处处为0,是指外电场是指外电场E0与与导体两端的感应电荷产生的附加电场导体两端的感应电荷产生的附加电场E的矢量和为的矢量和为0,E=-E0.2.静电平衡状态下的导体的电荷分布特点静电平衡状态下的导体的电荷分布特点.(1)电荷都分布在导体的表面电荷都分布在导体的表面,导体内部没有净电荷导体内部没有净电荷.(2)感应电荷分布于导体两端感应电荷分布于导体两端,电性相反电性相反,电荷量相等电荷量相等,远同近异远同近异,如如图甲所示图甲所
13、示.(3)净电荷在导体表面分布不均匀净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷密集导体表面尖锐处电荷密集,平滑平滑处电荷稀疏处电荷稀疏,凹陷处几乎没有电荷凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示如图乙所示.甲甲乙乙3.对尖端放电的理解对尖端放电的理解.(1)尖端放电的发生还与周围环境情况有关尖端放电的发生还与周围环境情况有关.环境温度越高、环境温度越高、湿度越低越容易发生尖端放电湿度越低越容易发生尖端放电.(2)尖端放电会导致高压设备上电能的损失尖端放电会导致高压设备上电能的损失,所以高压设备中所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑导体的表面应该尽量光滑.【典例【典例1】如图所示】如图所示,一个方形的
14、金属盒原来不带电一个方形的金属盒原来不带电,现将一个电现将一个电荷量为荷量为+Q的点电荷放在金属盒左边附近的点电荷放在金属盒左边附近,达到静电平衡后达到静电平衡后,盒上盒上的感应电荷在盒子内部产生的电场分布情况正确的感应电荷在盒子内部产生的电场分布情况正确的的是是()学会审题学会审题ABCD解析解析:金属盒内部由于处于静电平衡状态金属盒内部由于处于静电平衡状态,因此内部每点的合电因此内部每点的合电场强度都为场强度都为0,即金属盒内的每一点即金属盒内的每一点,感应电荷产生的电场的电场感应电荷产生的电场的电场强度都与点电荷强度都与点电荷+Q在那点产生的电场的电场强度大小相等、在那点产生的电场的电场
15、强度大小相等、方向相反方向相反,即感应电荷的电场线与点电荷即感应电荷的电场线与点电荷+Q的电场线重合的电场线重合,但方但方向相反向相反,故选项故选项C正确正确.【变式】如图所示【变式】如图所示,把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中荷形成的电场中,导体处于静电平衡时导体处于静电平衡时,下列说法正确下列说法正确的的是是()A.当开关当开关S断开时断开时,导体左端带正电导体左端带正电,右端带负电右端带负电B.当开关当开关S闭合时闭合时,导体左端带负电导体左端带负电,右端带正电右端带正电C.当开关当开关S断开时断开时,A、B两点电场强度相等两点电场
16、强度相等,且都为且都为0D.当开关当开关S闭合时闭合时,A、B两点电场强度不相等两点电场强度不相等答案答案:C探究探究二静电屏蔽和静电吸附二静电屏蔽和静电吸附问题情境问题情境1.如图所示如图所示,使带电的金属球使带电的金属球C靠近验电器靠近验电器,但不接触但不接触,箔片是否张箔片是否张开开?为什么为什么?答案答案:验电器箔片会张开验电器箔片会张开.由于静电感应由于静电感应,验电器的金属箔片会带验电器的金属箔片会带上与金属球上与金属球C电性相同的电荷电性相同的电荷,所以验电器箔片会张开所以验电器箔片会张开.2.如图所示如图所示,用金属网把验电器罩起来用金属网把验电器罩起来,再使带电金属球再使带电金属球C靠近验靠近验电器电器,观察箔片是否张开观察箔片是否张开.这个现象说明什么这个现象说明什么?答案答案:有金属网时有金属网时,验电器箔片不张开验电器箔片不张开.金属网可以起到静电屏蔽金属网可以起到静电屏蔽作用作用.过程建构过程建构1.静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质.静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象,金属壳内感应电荷的金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为电场
