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1、7 7静电现象的应用静电现象的应用知识自学自我检测一、静电平衡状态下导体的电场阅读教材第2425页“静电平衡状态下导体的电场”部分,知道什么是静电平衡状态,初步理解静电平衡状态导体的特征。1.静电平衡状态:导体内的自由电子不再发生定向移动,我们就说导体达到了静电平衡状态。2.静电平衡状态的特点:(1)处于静电平衡状态的导体,内部的电场强度处处为0。(2)整个导体是一个等势体,它的表面是一个等势面。(3)导体表面处的电场强度不为零,表面处的电场强度方向跟导体表面垂直。知识自学自我检测二、导体上电荷的分布阅读教材第25页“导体上电荷的分布”部分,初步理解处于静电平衡状态导体的电荷分布特点。静电平衡
2、的导体上的电荷分布特点:(1)导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的表面;(2)在导体表面,越尖锐的位置电荷的密度(单位面积的电荷量)越大,凹陷的位置几乎没有电荷。知识自学自我检测三、尖端放电阅读教材第25页“尖端放电”部分,知道什么是尖端放电现象,知道避雷针是尖端放电现象的应用。1.空气的电离:导体尖端的电荷密度很大,附近的电场很强的地方,空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈运动,把空气中的气体分子撞“散”,也就是使分子中的正负电荷分离。2.尖端放电现象:空气电离形成的与导体尖端电荷符号相反的电荷,由于被尖端电荷吸引而奔向尖端,与尖端的电荷中和,这相当于导体从尖端失去电荷,这种现象叫尖
3、端放电。3.尖端放电的应用与防止:避雷针应用尖端放电原理;高压设备中的导体表面尽量光滑是为了防止尖端放电。知识自学自我检测四、静电屏蔽阅读教材第26页“静电屏蔽”部分,知道什么是静电屏蔽,了解静电屏蔽现象的应用。1.静电屏蔽:金属壳达到静电平衡时,其内部电场强度保持为0,外部电场对壳内的仪器不会产生影响,金属壳的这种作用叫静电屏蔽。2.应用高压输电线的上方有两条导线,它们与大地相连,形成一个稀疏的金属网,把高压线屏蔽起来,免遭雷击。知识自学自我检测1.正误判断。(1)静电平衡时,导体内的自由电子不再定向移动。()解析:静电平衡时,导体内部电场强度为零,自由电子不再定向移动。答案:(2)静电平衡
4、时导体内部电场强度为零。()解析:静电平衡时,导体内部感应电荷的电场与原电场叠加,合电场强度为零。答案:(3)静电平衡时导体电势为零。()解析:静电平衡时,导体是个等势体,但电势不一定为零。答案:知识自学自我检测2.(1)用反证法说明静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零。答案:如果静电平衡时导体内部的电场强度不为0,那么自由电子就要在库仑力的作用下做定向移动,那就不是静电平衡状态了。(2)用反证法说明静电平衡状态的导体是一个等势体。答案:如果静电平衡的导体不是等势体,那么自由电子就要向电势高的方向做定向移动,那就不是静电平衡状态了。探究当堂检测问题探究名师精讲典例剖析静电平衡静电平衡静电屏蔽
5、静电屏蔽1.避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施,其原理是什么?2.静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的?要点提示:1.当带电的雷雨云接近建筑物时,由于静电感应,金属棒出现与云层相反的电荷。通过尖端放电,这些电荷不断向大气释放,中和空气中的电荷,使建筑物避免雷击。2.处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零,即使导体壳外有电场,由于壳内电场强度保持为0,外电场对壳内的物体不会产生影响。探究问题探究名师精讲典例剖析当堂检测1.对静电平衡的理解(1)导体内电场强度处处为零处在电场中的导体,导体中大量的自由电子会在电场力作用下发生定向移动,在导体两端出现等量异种电荷,称为感应电荷。感应电荷在导体内激发
6、附加电场,该电场或阻碍自由电子的定向移动,只要外加电场还大于附加电场,定向移动就会继续进行,导体两端的感应电荷就会进一步增加,附加电场就会进一步增强,阻碍自由电子定向移动的力会进一步增大,当附加电场与外加电场等大时,自由电子受力平衡,定向移动结束。此时,外加电场与附加电场矢量和为零,即导体内电场强度处处为零。(2)一个孤立的带电导体,在自身所带电荷的电场中,处于静电平衡状态,具有静电平衡的所有特点。(3)无论是带电导体还是处于电场中的不带电导体,它们的内部没有电荷,电荷只分布在导体表面上。探究问题探究名师精讲典例剖析当堂检测2.静电屏蔽(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,
7、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导体外部的电场影响不到导体内部如图,把验电器靠近带电体,箔片会张开,但如果把验电器置于金属网罩内,再靠近带电体,箔片不再张开,说明网罩内不受外电场的影响。探究问题探究名师精讲典例剖析当堂检测 金属罩中放导体,外来电场能屏蔽,内生电场外屏蔽,定是金属罩接地,仪器戴上金属罩,高压作业穿金衣。接地导体的内部电场影响不到导体外部如图,如果一封闭的导体球壳内部空间有一点电荷+q。由于静电感应,导体球壳内外表面感应出等量的异种电荷,其电场线分布如
8、图甲所示;当把导体球壳接地后,+q在壳内的电场对外部空间就没有影响了,此时的电场线分布如图乙所示。探究问题探究名师精讲典例剖析当堂检测【例题】如图所示,把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中,导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是()A.导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度B.因为导体右端带正电,左端带负电,故右端的电势高于左端的电势C.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EAEB,C错误;当开关S闭合时,电子从大地沿导线向导体移动,中和导体B端多余的正电荷,D正确。答案:D探究问题探究名师精讲典例剖析当堂检测求解感应电荷的电场强度的方法转化为外电场的电场强度导体处于静电
9、平衡时,内部电场强度处处为零,即感应电荷的电场与外电场的电场强度的矢量和为零。即在导体内任一点,感应电荷的电场强度与外电场的电场强度大小相等、方向相反。据此,只要求出外电场的电场强度,也就求出了感应电荷的电场强度。当堂检测探究1231. 一个带电的金属球,当它带的电荷量增加后(稳定),其内部的电场强度()A.一定增强B.不变C.一定减弱D.可能增强,也可能减弱解析:静电平衡,则内部电场强度为零,电荷量增加,瞬间再次平衡,使电场强度仍为零。答案:B探究123当堂检测2. 如图所示,将一个带正电的小球Q放在本身不带电的枕形导体AB靠近A端一侧,由于静电感应,枕形导体的A、B两端分别出现“-”“+”
10、感应电荷。则以下说法中正确的是()A.A端接一下地,导体将带正电荷B.A端接一下地,导体将带负电荷C.枕形导体的A端电势低,B端电势高D.导体上的感应电荷在导体内部产生的电场强度为零解析:将枕形导体接地,则枕形导体带负电,故A项错,B项对;枕形导体处在静电平衡状态,是一个等势体,A端与B端的电势相等,故C项错;小球Q和枕形导体的感应电荷在枕形导体内部的合电场强度为零,故D项错。答案:B探究123当堂检测3. 如图所示为空腔球形导体(不带电),现将一个带正电的小金属球放入腔内,静电平衡时,图中A、B、C三点的电场强度E和电势的关系是()A.EAEBEC,ABCB.EA=EBEC,A=BCC.EA=EB=EC,A=BCD.EAEBEC,ACB探究123当堂检测解析:画出系统静电平衡后,空腔导体上感应电荷与导体内外的电场线的分布图如图所示,从图中可以看出:EAEBEC(C点在导体内部合电场强度为零),又因从无限远处移一正的试探电荷到B点电场力做负功,电势能增加,所以B高于无限远处的电势;从B点到金属表面电场力继续做负功,空腔导体表面电势高于B,因空腔导体是等势体,即CB且等于空腔导体内表面的电势,从空腔导体内表面再移动正电荷到A点,电场力又做负功,电势能增加,即A点电势高于导体空腔内表面,所以有ACB。答案:D
