2019-2020學(xué)年高中物理 第一章 靜電場 7 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用課件 新人教版選修3-1.ppt

7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 知識自學(xué) 自我檢測 一 靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場閱讀教材第24 25頁 靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場 部分 知道什么是靜電平衡狀態(tài) 初步理解靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特征 1 靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動 我們就說導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡狀態(tài) 2 靜電平衡狀態(tài)的特點(diǎn) 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處為0 2 整個導(dǎo)體是一個等勢體 它的表面是一個等勢面 3 導(dǎo)體表面處的電場強(qiáng)度不為零 表面處的電場強(qiáng)度方向跟導(dǎo)體表面垂直 知識自學(xué) 自我檢測 二 導(dǎo)體上電荷的分布閱讀教材第25頁 導(dǎo)體上電荷的分布 部分 初步理解處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn) 靜電平衡的導(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)體的表面 2 在導(dǎo)體表面 越尖銳的位置電荷的密度 單位面積的電荷量 越大 凹陷的位置幾乎沒有電荷 知識自學(xué) 自我檢測 三 尖端放電閱讀教材第25頁 尖端放電 部分 知道什么是尖端放電現(xiàn)象 知道避雷針是尖端放電現(xiàn)象的應(yīng)用 1 空氣的電離 導(dǎo)體尖端的電荷密度很大 附近的電場很強(qiáng)的地方 空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下發(fā)生劇烈運(yùn)動 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 2 尖端放電現(xiàn)象 空氣電離形成的與導(dǎo)體尖端電荷符號相反的電荷 由于被尖端電荷吸引而奔向尖端 與尖端的電荷中和 這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷 這種現(xiàn)象叫尖端放電 3 尖端放電的應(yīng)用與防止 避雷針應(yīng)用尖端放電原理 高壓設(shè)備中的導(dǎo)體表面盡量光滑是為了防止尖端放電 知識自學(xué) 自我檢測 四 靜電屏蔽閱讀教材第26頁 靜電屏蔽 部分 知道什么是靜電屏蔽 了解靜電屏蔽現(xiàn)象的應(yīng)用 1 靜電屏蔽 金屬殼達(dá)到靜電平衡時 其內(nèi)部電場強(qiáng)度保持為0 外部電場對殼內(nèi)的儀器不會產(chǎn)生影響 金屬殼的這種作用叫靜電屏蔽 2 應(yīng)用高壓輸電線的上方有兩條導(dǎo)線 它們與大地相連 形成一個稀疏的金屬網(wǎng) 把高壓線屏蔽起來 免遭雷擊 知識自學(xué) 自我檢測 1 正誤判斷 1 靜電平衡時 導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再定向移動 解析 靜電平衡時 導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度為零 自由電子不再定向移動 答案 2 靜電平衡時導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度為零 解析 靜電平衡時 導(dǎo)體內(nèi)部感應(yīng)電荷的電場與原電場疊加 合電場強(qiáng)度為零 答案 3 靜電平衡時導(dǎo)體電勢為零 解析 靜電平衡時 導(dǎo)體是個等勢體 但電勢不一定為零 答案 知識自學(xué) 自我檢測 2 1 用反證法說明靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零 答案 如果靜電平衡時導(dǎo)體內(nèi)部的電場強(qiáng)度不為0 那么自由電子就要在庫侖力的作用下做定向移動 那就不是靜電平衡狀態(tài)了 2 用反證法說明靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是一個等勢體 答案 如果靜電平衡的導(dǎo)體不是等勢體 那么自由電子就要向電勢高的方向做定向移動 那就不是靜電平衡狀態(tài)了 探究 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 靜電平衡靜電屏蔽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 2 靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的 要點(diǎn)提示 1 當(dāng)帶電的雷雨云接近建筑物時 由于靜電感應(yīng) 金屬棒出現(xiàn)與云層相反的電荷 通過尖端放電 這些電荷不斷向大氣釋放 中和空氣中的電荷 使建筑物避免雷擊 2 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零 即使導(dǎo)體殼外有電場 由于殼內(nèi)電場強(qiáng)度保持為0 外電場對殼內(nèi)的物體不會產(chǎn)生影響 探究 問題探究 名師精講 典例剖析 當(dāng)堂檢測 1 對靜電平衡的理解 1 導(dǎo)體內(nèi)電場強(qiáng)度處處為零處在電場中的導(dǎo)體 導(dǎo)體中大量的自由電子會在電場力作用下發(fā)生定向移動 在導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷 稱為感應(yīng)電荷 感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)激發(fā)附加電場 該電場或阻礙自由電子的定向移動 只要外加電場還大于附加電場 定向移動就會繼續(xù)進(jìn)行 導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電荷就會進(jìn)一步增加 附加電場就會進(jìn)一步增強(qiáng) 阻礙自由電子定向移動的力會進(jìn)一步增大 當(dāng)附加電場與外加電場等大時 自由電子受力平衡 定向移動結(jié)束 此時 外加電場與附加電場矢量和為零 即導(dǎo)體內(nèi)電場強(qiáng)度處處為零 2 一個孤立的帶電導(dǎo)體 在自身所帶電荷的電場中 處于靜電平衡狀態(tài) 具有靜電平衡的所有特點(diǎn) 3 無論是帶電導(dǎo)體還是處于電場中的不帶電導(dǎo)體 它們的內(nèi)部沒有電荷 電荷只分布在導(dǎo)體表面上 探究 問題探究 名師精講 典例剖析 當(dāng)堂檢測 2 靜電屏蔽 1 靜電屏蔽的實(shí)質(zhì) 靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象 使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場和外加電場矢量和為零 好像是金屬殼將外電場 擋 在外面 即所謂的屏蔽作用 其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場并存 矢量和為零而已 2 靜電屏蔽的兩種情況 導(dǎo)體外部的電場影響不到導(dǎo)體內(nèi)部如圖 把驗(yàn)電器靠近帶電體 箔片會張開 但如果把驗(yàn)電器置于金屬網(wǎng)罩內(nèi) 再靠近帶電體 箔片不再張開 說明網(wǎng)罩內(nèi)不受外電場的影響 探究 問題探究 名師精講 典例剖析 當(dāng)堂檢測 金屬罩中放導(dǎo)體 外來電場能屏蔽 內(nèi)生電場外屏蔽 定是金屬罩接地 儀器戴上金屬罩 高壓作業(yè)穿金衣 接地導(dǎo)體的內(nèi)部電場影響不到導(dǎo)體外部如圖 如果一封閉的導(dǎo)體球殼內(nèi)部空間有一點(diǎn)電荷 q 由于靜電感應(yīng) 導(dǎo)體球殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷 其電場線分布如圖甲所示 當(dāng)把導(dǎo)體球殼接地后 q在殼內(nèi)的電場對外部空間就沒有影響了 此時的電場線分布如圖乙所示 探究 問題探究 名師精講 典例剖析 當(dāng)堂檢測 例題 如圖所示 把一個架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正點(diǎn)電荷形成的電場中 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài) 下列說法正確的是 A 導(dǎo)體內(nèi)部A點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場強(qiáng)度B 因?yàn)閷?dǎo)體右端帶正電 左端帶負(fù)電 故右端的電勢高于左端的電勢C 感應(yīng)電荷在A B兩點(diǎn)產(chǎn)生的附加電場強(qiáng)度EA EBD 當(dāng)開關(guān)S閉合時 電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動 探究 問題探究 名師精講 典例剖析 當(dāng)堂檢測 解析 枕形導(dǎo)體在點(diǎn)電荷附近 出現(xiàn)靜電感應(yīng)現(xiàn)象 導(dǎo)致電荷重新分布 因此在枕形導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)感應(yīng)電荷的電場與點(diǎn)電荷的電場疊加 靜電平衡時 導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零 導(dǎo)體是等勢體 電勢處處相等 A B錯誤 導(dǎo)體內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處為零 所以感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場強(qiáng)度的大小與點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的大小相等 方向相反 故EA EB C錯誤 當(dāng)開關(guān)S閉合時 電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動 中和導(dǎo)體B端多余的正電荷 D正確 答案 D 探究 問題探究 名師精講 典例剖析 當(dāng)堂檢測 求解感應(yīng)電荷的電場強(qiáng)度的方法 轉(zhuǎn)化為外電場的電場強(qiáng)度導(dǎo)體處于靜電平衡時 內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零 即感應(yīng)電荷的電場與外電場的電場強(qiáng)度的矢量和為零 即在導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn) 感應(yīng)電荷的電場強(qiáng)度與外電場的電場強(qiáng)度大小相等 方向相反 據(jù)此 只要求出外電場的電場強(qiáng)度 也就求出了感應(yīng)電荷的電場強(qiáng)度 當(dāng)堂檢測 探究 1 2 3 1 一個帶電的金屬球 當(dāng)它帶的電荷量增加后 穩(wěn)定 其內(nèi)部的電場強(qiáng)度 A 一定增強(qiáng)B 不變C 一定減弱D 可能增強(qiáng) 也可能減弱解析 靜電平衡 則內(nèi)部電場強(qiáng)度為零 電荷量增加 瞬間再次平衡 使電場強(qiáng)度仍為零 答案 B 探究 1 2 3 當(dāng)堂檢測 2 如圖所示 將一個帶正電的小球Q放在本身不帶電的枕形導(dǎo)體AB靠近A端一側(cè) 由于靜電感應(yīng) 枕形導(dǎo)體的A B兩端分別出現(xiàn) 感應(yīng)電荷 則以下說法中正確的是 A A端接一下地 導(dǎo)體將帶正電荷B A端接一下地 導(dǎo)體將帶負(fù)電荷C 枕形導(dǎo)體的A端電勢低 B端電勢高D 導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為零解析 將枕形導(dǎo)體接地 則枕形導(dǎo)體帶負(fù)電 故A項(xiàng)錯 B項(xiàng)對 枕形導(dǎo)體處在靜電平衡狀態(tài) 是一個等勢體 A端與B端的電勢相等 故C項(xiàng)錯 小球Q和枕形導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在枕形導(dǎo)體內(nèi)部的合電場強(qiáng)度為零 故D項(xiàng)錯 答案 B 探究 1 2 3 當(dāng)堂檢測 3 如圖所示為空腔球形導(dǎo)體 不帶電 現(xiàn)將一個帶正電的小金屬球放入腔內(nèi) 靜電平衡時 圖中A B C三點(diǎn)的電場強(qiáng)度E和電勢 的關(guān)系是 A EA EB EC A B CB EA EB EC A B CC EA EB EC A B CD EA EB EC A C B 探究 1 2 3 當(dāng)堂檢測 解析 畫出系統(tǒng)靜電平衡后 空腔導(dǎo)體上感應(yīng)電荷與導(dǎo)體內(nèi)外的電場線的分布圖如圖所示 從圖中可以看出 EA EB EC C點(diǎn)在導(dǎo)體內(nèi)部合電場強(qiáng)度為零 又因從無限遠(yuǎn)處移一正的試探電荷到B點(diǎn)電場力做負(fù)功 電勢能增加 所以 B高于無限遠(yuǎn)處的電勢 從B點(diǎn)到金屬表面電場力繼續(xù)做負(fù)功 空腔導(dǎo)體表面電勢高于 B 因空腔導(dǎo)體是等勢體 即 C B且等于空腔導(dǎo)體內(nèi)表面的電勢 從空腔導(dǎo)體內(nèi)表面再移動正電荷到A點(diǎn) 電場力又做負(fù)功 電勢能增加 即A點(diǎn)電勢高于導(dǎo)體空腔內(nèi)表面 所以有 A C B 答案 D