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1、2021/6/161学习目标：学习目标：1.1.通过对静电场中导体的自由电荷通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的运动情况的讨论，了解静电平衡的概念。概念。2.2.知道处于静电平衡的导体的特征知道处于静电平衡的导体的特征3.知道处于静电平衡状态的导体上知道处于静电平衡状态的导体上电荷的分布规律电荷的分布规律2021/6/162 -E置于电场中的导体，自由电荷受电场力作用，置于电场中的导体，自由电荷受电场力作用，将发生定向移动。将发生定向移动。一、静电平衡状态下导体的电场一、静电平衡状态下导体的电场2021/6/163 -E在导体两端，积聚等量异种电荷，即静电感应在导体两端，
2、积聚等量异种电荷，即静电感应现象。现象。2021/6/164 -E感应电荷在导体内部产生感应电荷在导体内部产生反方向的反方向的电场电场E，与，与原电场叠加。只要内部合场强不为零，自由电原电场叠加。只要内部合场强不为零，自由电子就会继续做定向移动。子就会继续做定向移动。E2021/6/165 -E感应电荷的电场增到与外电场相等时，感应电荷的电场增到与外电场相等时，即即E=E时，内部合场强为零时，电荷不再发生定向移时，内部合场强为零时，电荷不再发生定向移动。动。E=E2021/6/166 EE内内=01.静电平衡状态静电平衡状态:导体表面和内部导体表面和内部电荷停止定向移动电荷停止定向移动的状态。
3、的状态。2021/6/167u导体内部场强处处为零导体内部场强处处为零u导体是等势体导体是等势体, ,表面为等势面表面为等势面u导体外部表面附近场强方向与导体外部表面附近场强方向与该点的表面垂直该点的表面垂直若不为零会出若不为零会出现何现象现何现象? ?若不垂直若不垂直会出现何会出现何现象现象? ?为什么为什么会如此会如此? ?2.处于静电平衡状态导体的特点：处于静电平衡状态导体的特点：+ +-E+ + +-E2021/6/168地球是一个极大的导体，可以认地球是一个极大的导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它是为处于静电平衡状态，所以它是一个等势体。这是我们可以选大一个等势体。这是我们可以选
4、大地做零电势体的一个原因。地做零电势体的一个原因。 对于一孤立的带电导体，内部场强为零的本对于一孤立的带电导体，内部场强为零的本质是：导体表面所带全部电荷在内部任一处产生质是：导体表面所带全部电荷在内部任一处产生的电场强度的矢量和为零。的电场强度的矢量和为零。2021/6/169二、导体上电荷的分布二、导体上电荷的分布研究静电平衡时导体内部的电荷研究静电平衡时导体内部的电荷u现象现象: :甲甲:A:A的箔片张角逐渐增大的箔片张角逐渐增大乙乙:A:A的箔片始终没有张开的箔片始终没有张开u结论结论: :导体内部没有电荷导体内部没有电荷, ,电荷分布在导体电荷分布在导体的外表面的外表面导体表面越尖锐
5、的位置电荷越密集导体表面越尖锐的位置电荷越密集, ,凹陷的位置几乎没有电荷凹陷的位置几乎没有电荷为什么为什么? ?-法拉第圆筒实验法拉第圆筒实验初态初态：B B带电，带电，A A不带电不带电甲甲乙乙2021/6/16101 1、导体内没有电荷、导体内没有电荷, ,净电荷净电荷电荷只分布电荷只分布在导体的表面。在导体的表面。2 2、在导体表面，越尖锐的位置，电荷的、在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大密度越大, ,凹陷处几乎没有电荷。凹陷处几乎没有电荷。导体上电荷的分布小结导体上电荷的分布小结净电荷净电荷是指导体内正、负电荷中和后所剩下是指导体内正、负电荷中和后所剩下的多余电荷的多余电荷.
6、.这里说的净电荷可以是静电感这里说的净电荷可以是静电感应所产生的感应电荷应所产生的感应电荷, ,也可以是一个孤立的也可以是一个孤立的带电体所带的电荷。带电体所带的电荷。2021/6/16111 1关于静电平衡，下列说法中正确的是关于静电平衡，下列说法中正确的是 A A当导体达到静电平衡时，导体上任意两当导体达到静电平衡时，导体上任意两点间的电势一定相等点间的电势一定相等 B B当导体达到静电平衡时，其外表面附当导体达到静电平衡时，其外表面附近的电场方向一定与导体的表面垂直近的电场方向一定与导体的表面垂直 C C绝缘体也有静电平衡状态绝缘体也有静电平衡状态 D D达到静电平衡时，电荷分布在导体的
7、达到静电平衡时，电荷分布在导体的外表面外表面ABD2021/6/16122.2.如图所示在真空中把一绝缘导体如图所示在真空中把一绝缘导体ABAB向带负向带负电的小球电的小球P P缓慢的靠近时，下列说法正确的缓慢的靠近时，下列说法正确的是（是（ ）A A、B B端的感应电荷越来越多端的感应电荷越来越多B B、导体内部场强越来越大、导体内部场强越来越大C C、导体的感应电荷在、导体的感应电荷在M M点产生的场强大于在点产生的场强大于在N N点产生的的场强点产生的的场强D D、导体的感应电荷在、导体的感应电荷在M M、N N两点产生的的场两点产生的的场强相等强相等MBANP2021/6/16133
8、3具有一定厚度的空心金属球壳的球心具有一定厚度的空心金属球壳的球心位置处放一正电荷，下面中的四个图位置处放一正电荷，下面中的四个图画出了其空间电场的电场线情况，符画出了其空间电场的电场线情况，符合实际情况的是合实际情况的是( () )2021/6/16144 4为一空腔球形导体为一空腔球形导体( (不带电不带电) )，现将一个带正电的小金属球放，现将一个带正电的小金属球放入腔中，当静电平衡时，图中入腔中，当静电平衡时，图中A A、B B、C C三点的场强三点的场强E E和电势和电势的关的关系是：（系是：（ ) )QABcD D静电平衡状态的导体内部场强处处为零，导体的电势也为零，静电平衡状态的
9、导体内部场强处处为零，导体的电势也为零，这种说法对吗？这种说法对吗？这种说法是错误的这种说法是错误的2021/6/16155 5. .如图所示，一个原来不带如图所示，一个原来不带电的中空金属球壳，上开一电的中空金属球壳，上开一个小孔，若将一个带负电的个小孔，若将一个带负电的小球放入且不与球壳接触，小球放入且不与球壳接触，则球壳内表面带则球壳内表面带_电，电，外表面带外表面带_电；若用手电；若用手接触一下球壳后球壳内表面接触一下球壳后球壳内表面带带_电，外表面电，外表面_；正正负负正正不带电不带电2021/6/1616注意：注意：（1 1）用导线把导体接地或用手触摸导）用导线把导体接地或用手触摸
10、导体时，可把导体和地球看成一个大导体体时，可把导体和地球看成一个大导体（2 2）一般取无穷远处或大地的电势为）一般取无穷远处或大地的电势为零零。2021/6/16176.6.长为长为L L的导体棒原来不带电，现将一电荷量的导体棒原来不带电，现将一电荷量为为+q+q的点电荷放在与棒的左端距离为的点电荷放在与棒的左端距离为R R的地的地方，如图所示。达到静电平衡后，棒上的方，如图所示。达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点感应电荷在棒内中点O O处产生的场强有多大处产生的场强有多大？方向如何？方向如何？ RLO O+q答：答：达到静电平衡后导体内部处处场强为零达到静电平衡后导体内部处处场强为零则
11、则 E感感E源源k(R+L/2)2E感方向与感方向与E源方向相反，即指向点电源方向相反，即指向点电荷荷+q.q2021/6/16187.7.带电量分别为带电量分别为+Q+Q和和-Q-Q的两个点电荷相距为的两个点电荷相距为r r，在，在两点电荷之间放入一个不带电的导体棒，如图所两点电荷之间放入一个不带电的导体棒，如图所示，当导体达到静电平衡后，感应电荷在两点电示，当导体达到静电平衡后，感应电荷在两点电荷连线中点荷连线中点O O处产生的场强大小为多大？方向怎样处产生的场强大小为多大？方向怎样？+Q-QO方向水平向左方向水平向左2021/6/16198 8. . 在孤立点电荷在孤立点电荷Q Q的电场
12、中，金属圆盘的电场中，金属圆盘A A处于静处于静电平衡状态。若金属圆盘平面与点电荷在同一平面电平衡状态。若金属圆盘平面与点电荷在同一平面内，在圆盘内，在圆盘A A内内a a、b b、c c三点标出由三点标出由盘上感应电荷形成的盘上感应电荷形成的附加电场的三条电场附加电场的三条电场线线( (用实线表示，要求严格作图用实线表示，要求严格作图) )。AQabc2021/6/16209 9. .一个带绝缘座的空心金属球一个带绝缘座的空心金属球A A带有带有410410- -8 8C C的正电荷的正电荷, ,有绝缘柄的金属小球有绝缘柄的金属小球B B带有带有210210-8-8C C的负电荷的负电荷,
13、,使使B B球和球和A A球的内壁接触球的内壁接触, ,如图所示如图所示, ,则则A A、B B各带电荷量为（各带电荷量为（ ）A.QA.QA A=10=10-8-8C, QC, QB B=10=10-8-8C C B.QB.QA A=210=210-8-8C, QC, QB B=0 =0 C.QC.QA A=0, Q=0, QB B=210=210-8-8C C D.QD.QA A=410=410-8-8C, QC, QB B=-210=-210-8-8C CB BAB2021/6/1621第二课时2021/6/1622学习目标：学习目标：1 1：了解尖端放电现象。：了解尖端放电现象。2 2
14、：了解静电屏蔽现象及其技术上的：了解静电屏蔽现象及其技术上的应用应用2021/6/1623尖端放电尖端放电正负电荷奔向异种电荷正负电荷奔向异种电荷导体尖端电荷密度大导体尖端电荷密度大尖端周围电场强尖端周围电场强空气中残留带电粒子剧烈运动空气中残留带电粒子剧烈运动空气电离空气电离尖端失去电荷尖端失去电荷尖端放电尖端放电导体尖锐部位的电荷特别导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的电场特密集，尖端附近的电场特别强，会把空气分子别强，会把空气分子“撞撞散散”，使分子中的正负电，使分子中的正负电荷分离，这种现象叫电离荷分离，这种现象叫电离中性的分子电离后变成带负电的中性的分子电离后变成带负电的自由电子和
15、带自由电子和带正电的离子，这些带电的粒子与正电的离子，这些带电的粒子与导体尖端的电导体尖端的电荷异号粒子，由于被吸引而奔向荷异号粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷尖端失去电荷。这个现象叫尖端放电。这个现象叫尖端放电。尖端放电的原理是什么？尖端放电的原理是什么？2021/6/1624避雷针避雷针2021/6/1625（1 1）避雷针的原理：避雷针的原理：带正（负）电的云层带正（负）电的云层靠近避雷针时，因同种电荷相互排斥，异靠近避雷针时，因同种电荷相互排斥，异种电荷相吸引，电子由大地流向避雷针尖种电荷相吸引，电子由大
16、地流向避雷针尖端（电子由避雷针尖端流向大地），避雷端（电子由避雷针尖端流向大地），避雷针上端留下异种电荷，当电荷积累到一定针上端留下异种电荷，当电荷积累到一定程度时，通过尖端放电，逐渐中和云层中程度时，通过尖端放电，逐渐中和云层中的电荷的电荷, ,达到避免雷击的目的。达到避免雷击的目的。（2 2）为了更好的应用尖端放电原理中和云为了更好的应用尖端放电原理中和云层中的电荷，避雷针的上端做成几股针尖状层中的电荷，避雷针的上端做成几股针尖状三三. .避雷针避雷针2021/6/16262021/6/1627-+ 思考思考: :空心导体壳内的验电器箔片会张开吗空心导体壳内的验电器箔片会张开吗? ?静电屏
17、蔽静电屏蔽: :静电平衡时静电平衡时, ,空心导体壳可保护空心导体壳可保护其内部区域不受外电场影响的现象其内部区域不受外电场影响的现象. .不会不会 因为导体壳内部合场强为零因为导体壳内部合场强为零. .四四. .静电屏蔽静电屏蔽2021/6/1628 导体内部不受外部体内部不受外部电场的影响的影响 现象象：由由于于静静电感感应，验电器器箔箔片片张开开如如图甲甲，将将验电器器放放入入导体体网网罩罩内内部部后后验电器器箔箔片片不不张开开，如如图乙乙，即即外外部部电场影影响响不不到到导体体内部内部2021/6/1629因场源电荷产生的电场与导体球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
18、的合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，场强为零，达到静电平衡状态，对内对内实现了屏蔽，实现了屏蔽，其内部区域不其内部区域不受外电场影响受外电场影响对内静电屏蔽对内静电屏蔽本质：是静电感应本质：是静电感应2021/6/1630静电屏蔽的另一种形式静电屏蔽的另一种形式金属罩金属罩金属罩金属罩接地接地接地接地后，后，后，后，地上的自由电子，地上的自由电子，地上的自由电子，地上的自由电子，沿导线向上移动沿导线向上移动沿导线向上移动沿导线向上移动，把金属罩外部，把金属罩外部，把金属罩外部，把金属罩外部的正电荷中和，结果，小球的电的正电荷中和，结果，小球的电的正电荷中和，结果，小球的
19、电的正电荷中和，结果，小球的电场被控制在金属罩的内部，外部场被控制在金属罩的内部，外部场被控制在金属罩的内部，外部场被控制在金属罩的内部，外部不再受影响。不再受影响。不再受影响。不再受影响。2021/6/1631 接地的封接地的封闭导体壳内部体壳内部电场对壳外空壳外空间没有影响没有影响现象象： a如如右右图甲甲导体体壳壳没没有有接接地地时，处于于内内部部电场中中，达达到到静静电平平衡衡，导体体壳壳内内外外表表面面出出现等等量量异异种种电荷荷，空空间电场的的电场线起起于于场源源正正电荷荷，终于于导体体壳壳内内表表面面负电荷荷，再再起起于于导体体壳壳外外表表面面正正电荷荷，终于于无无穷远，壳壳内内
20、外外表面之表面之间场强强处处为零，壳外零，壳外场强强不不为零零2021/6/1632b.导体体壳壳接接地地后后，如如图乙乙所所示示，导体体壳壳外外的的正正电荷荷被被大大地地负电荷荷中中和和，正正电荷荷出出现在在地地球球的的另另一一端端无无穷远处，空空间电场起起于于场源源正正电荷荷终于于导体体壳壳内内表表面面负电荷荷，导体体壳壳内内外外表表面面之之间及及导体体外外部部场强强处处为零零，导体体外外部部空空间不不受受内部内部电场影响影响本本质：仍仍然然是是静静电感感应，导体体内内表表面面感感应电荷荷与与壳壳内内电场在在导体体壳壳表表面面以以外外空空间叠叠加加结果果为零零2021/6/1633当空腔接
21、地时，外表面的感应电荷当空腔接地时，外表面的感应电荷将因接地传给地球，外部电场消失，将因接地传给地球，外部电场消失，对外对外起到屏蔽作用，起到屏蔽作用，外部不再受腔外部不再受腔内电场的影响内电场的影响对外静电屏蔽对外静电屏蔽2021/6/1634例例1.1.在图所示的实验中，验电器的金属箔会在图所示的实验中，验电器的金属箔会张开的是：（张开的是：（ ）QQQABC金金 属属网网绝缘底座绝缘底座绝缘底座绝缘底座地面地面BA A图属于内屏蔽，图属于内屏蔽，C C图属于外屏蔽。图属于外屏蔽。注意观察：注意观察：B B图和图和C C图不同。金属网罩一个图不同。金属网罩一个接地，一个不接地。接地，一个不
22、接地。2021/6/16352021/6/1636超高压带电作业的工人穿戴的工作服，超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的。是用包含金属丝的织物制成的。2021/6/1637电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层铅皮等电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层铅皮等。2021/6/1638 三条输电线的上方还有两条导线，与大地三条输电线的上方还有两条导线，与大地相连，形成一个稀疏的金属网，把高压线屏相连，形成一个稀疏的金属网，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。蔽起来，免遭雷击。静电屏蔽的应用静电屏蔽的应用2021/6/16392 2避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是避雷针能够避免建
23、筑物被雷击的原因是A A云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地B B避避雷雷针针的的尖尖端端向向云云层层放放电电，中中和和了了云云层层中中的的电电荷荷C C云云层层与与避避雷雷针针发发生生摩摩擦擦，避避雷雷针针上上产产生生的的电电荷荷被导入大地被导入大地D D以上说法都不对以上说法都不对 带带电电荷荷的的云云层层靠靠近近避避雷雷针针时时，在在避避雷雷针针尖尖端端感感应应出出与与云云层层相相反反的的静静电电，达达到到一一定定程程度度就就向向空空中中放放电电，中中和和云云层中的电荷，从而避免遭受雷击，层中的电荷，从而避免遭受雷击，2021/6/1640AB3.
24、3.如图所示，把原来不带电的金属球壳如图所示，把原来不带电的金属球壳B B的外表面接地，将一带正电的小球的外表面接地，将一带正电的小球A A从小从小孔中放入球壳内，但不于孔中放入球壳内，但不于B B发生接触，达发生接触，达到静电平衡后，则：到静电平衡后，则：A A、B B的空腔内电场强度为零的空腔内电场强度为零B B、B B不带电不带电C C、B B的内外表面电势相等的内外表面电势相等D D、B B带负电带负电2021/6/16414 4如如右右图图所所示示，在在绝绝缘缘板板上上放放有有一一个个不不带带电电的的金金箔箔验验电电器器A A和和一一个个带带正正电电荷荷的的空空腔腔导导体体B B.
25、.下下列列实实验验方法中能使验电器箔片张开的是方法中能使验电器箔片张开的是( () )A A用取电棒用取电棒C C( (带绝缘柄的带绝缘柄的导体棒导体棒) )先跟先跟B B的内壁接触的内壁接触一下后再跟一下后再跟A A接触接触B B用取电棒用取电棒C C先跟先跟B B的外壁接触一下后再跟的外壁接触一下后再跟A A接触接触C C用用绝绝缘缘导导线线把把验验电电器器跟跟取取电电棒棒C C的的导导体体部部分分相相连连，再把取电棒与再把取电棒与B B的内壁接触的内壁接触D D使验电器使验电器A A靠近靠近B BBCD2021/6/16425 5. . 在水平地面上放置的光滑金属板的上表在水平地面上放置
26、的光滑金属板的上表面绝缘面绝缘, ,在其中心正上方有一带正电在其中心正上方有一带正电Q Q的金的金属小球（可视为质点，且不影响原电场）属小球（可视为质点，且不影响原电场）自左以初速度自左以初速度v v0 0向右运动，则在运动过程向右运动，则在运动过程中（中（ ）A.A.小球做先减速后加速运动小球做先减速后加速运动B.B.小球做匀速直线运动小球做匀速直线运动C.C.小球受到电场力小球受到电场力的冲量为零的冲量为零D.D.小球受到电场力小球受到电场力做的功为零做的功为零+Qv0B DB D2021/6/16436. 将将悬挂挂在在细线上上的的带正正电的的小小球球A放放在在不不带电的的金金属属空空心
27、心球球C内内(不不与与球球接接触触)，另另有有一一个个悬挂挂在在细线上上的的带负电的的小小球球B向向C靠靠近近，如如右右图所示，于是有所示，于是有()AA向左偏离向左偏离竖直方向，直方向，B向右偏离向右偏离竖直方向直方向BA的位置不的位置不变，B向右偏离向右偏离竖直方向直方向CA向左偏离向左偏离竖直方向，直方向，B的位置不的位置不变DA和和B的位置都不的位置都不变2021/6/1644【思路点拨】【思路点拨】小球小球A在金属壳在金属壳C内，因金属壳的屏内，因金属壳的屏蔽作用而不受蔽作用而不受B球电场的影响，由于球电场的影响，由于A的作用，的作用，C球外球外壳带正电将对壳带正电将对B有力的作用有
28、力的作用解解析析：带带正正电电的的小小球球A放放在在不不带带电电的的空空心心球球C内内，由由于于静静电电感感应应，空空心心球球外外壳壳带带正正电电，内内壁壁带带负负电电，因因此此B所所在在处处有有电电场场，所所以以B在在电电场场力力作作用用下下向向右右偏偏而而靠靠近近C；由由于于空空心心球球能能屏屏蔽蔽B球的电场，所以，球的电场，所以，A所在处场强为零，所在处场强为零，故故A球不受电场力，位置不变球不受电场力，位置不变故选故选B.答案：答案：B【反思总结】【反思总结】对静静电屏蔽屏蔽问题要区分是哪种屏蔽形式要区分是哪种屏蔽形式2021/6/16457.如如右右图所所示示，在在电场强强度度为E的的匀匀强强电场中中，放放置置一一长为L的的金金属属细棒棒ab，它它与与场强强E的的夹角角为，则棒棒上上两两端端点点a、b间的的电势差差Uab为()AELBELsin CELcos D0解解析析：因因为为金金属属细细杆杆ab是是一一导导体体，在在电电场场中中达达到到静静电电平平衡衡状状态态时时是是一一个个等等势势体体，外外表表面面是是一一个个等等势势面面，所所以以Uab0，正确选项为正确选项为D.答案：答案：D2021/6/1646知识梳理图2021/6/1647 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
