高中物理 19 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用課件 新人教版選修31

高中物理高中物理選修選修3-1浙浙第第9講靜電現(xiàn)象的應(yīng)用講靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 目標(biāo)定位1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特征.2.知道靜電平衡狀態(tài)下電荷的分布規(guī)律.3.了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場1靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體在電場中發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，感應(yīng)電荷的電場與原電場 ，使導(dǎo)體內(nèi)部電場 ，直至為零，導(dǎo)體內(nèi)部自由電子不再發(fā)生 的狀態(tài)疊加疊加減弱減弱定向移動(dòng)定向移動(dòng)2處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特征(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部場強(qiáng) (2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外部表面附近任何一點(diǎn)的場強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面 (3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是 ，它的表面是個(gè) ，地球是一個(gè) 處處為零處處為零垂直垂直個(gè)等勢體個(gè)等勢體等勢面等勢面等勢體等勢體 想一想導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡后，導(dǎo)體內(nèi)的電荷還在運(yùn)動(dòng)嗎？ 答案達(dá)到靜電平衡后，自由電子沒有定向移動(dòng)而不是說導(dǎo)體內(nèi)部的電荷不動(dòng)，內(nèi)部的電子仍在做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)二、導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn)1導(dǎo)體內(nèi)部 凈電荷，凈電荷分布在導(dǎo)體的 2在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷的密度 ，凹陷的位置幾乎 沒有沒有外表面外表面越大越大沒有電荷沒有電荷3尖端放電(1)空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷 很大，電場很強(qiáng)，帶電粒子在 的作用下劇烈運(yùn)動(dòng)撞擊空氣分子，從而使空氣分子的正負(fù)電荷 的現(xiàn)象(2)尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被 而奔向尖端，與尖端上的電荷 ，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端 的現(xiàn)象密度密度強(qiáng)電場強(qiáng)電場分離分離吸引吸引中和中和失去電荷失去電荷三、靜電屏蔽1定義：把一個(gè)電學(xué)儀器放在 的金屬殼里，即使殼外有電場，由于 保持為零，外電場對殼內(nèi)的儀器也不會 的現(xiàn)象2實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽不一定要用密封的金屬容器， 也能起到屏蔽作用封閉封閉殼內(nèi)場強(qiáng)殼內(nèi)場強(qiáng)產(chǎn)生影響產(chǎn)生影響金屬網(wǎng)金屬網(wǎng)一、靜電平衡的理解及應(yīng)用1靜電平衡的實(shí)質(zhì)(1)在達(dá)到靜電平衡的過程中，外電場引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的定向移動(dòng)使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷的電場和外電場方向相反，使合場強(qiáng)減小，隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加，合場強(qiáng)逐漸減小，直至合場強(qiáng)為零，自由電荷的定向移動(dòng)停止 (2)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)存在兩個(gè)電場：外電場E0和感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的附加電場E，在導(dǎo)體內(nèi)部各位置，附加電場E與外電場E0方向相反、大小相等，導(dǎo)體內(nèi)各位置的合場強(qiáng)為零，自由電荷所受合力為零2對靜電平衡的理解(1)靜電平衡是自由電荷發(fā)生定向移動(dòng)的結(jié)果，達(dá)到靜電平衡時(shí)，自由電荷不再發(fā)生定向移動(dòng)(2)金屬導(dǎo)體建立靜電平衡的時(shí)間是非常短暫的(3)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡后，內(nèi)部場強(qiáng)處處為零是指原電場的電場強(qiáng)度E0與導(dǎo)體兩端感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)E的合場強(qiáng)為零【例1】一金屬球，原來不帶電，現(xiàn)沿球直徑的延長線放置一均勻帶電細(xì)桿MN，如圖191所示，金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場在球內(nèi)直徑上a、b、c三點(diǎn)的場強(qiáng)大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比()AEa最大 BEb最大 CEc最大 DEaEbEc答案C圖圖191 解析金屬球處在帶電細(xì)桿的電場內(nèi)，靜電平衡時(shí)，帶電細(xì)桿和金屬球上感應(yīng)電荷在球內(nèi)各處產(chǎn)生的合場強(qiáng)為零設(shè)帶電細(xì)桿在球內(nèi)a、b、c三點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)分別為Ea、Eb 、Ec，靜電平衡時(shí)滿足條件EaEa0，EbEb0，EcEc0.由于c點(diǎn)離帶電細(xì)桿最近，帶電細(xì)桿在c點(diǎn)的場強(qiáng)最大，因此感應(yīng)電荷在c點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)也最大 借題發(fā)揮(1)當(dāng)外電場、導(dǎo)體在電場中的位置或?qū)w的形狀發(fā)生變化時(shí)：感應(yīng)電荷的分布會迅速變化，很快達(dá)到新的平衡(2)靜電平衡時(shí)，感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與外電場在導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)為零【例2】當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，場強(qiáng)方向的特征是()A外電場E0消失B感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場E為零C導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)E為零D導(dǎo)體表面和內(nèi)部的合場強(qiáng)為零答案C解析靜電平衡導(dǎo)體感應(yīng)場強(qiáng)與原場強(qiáng)大小相等、方向相反、合場強(qiáng)為零 二、靜電屏蔽的理解及應(yīng)用1靜電屏蔽實(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(1)導(dǎo)體外部的電場影響不到導(dǎo)體內(nèi)部靜電屏蔽的本質(zhì)是靜電感應(yīng)，導(dǎo)體外面的電場不影響導(dǎo)體內(nèi)部，是因?yàn)橥怆妶雠c導(dǎo)體表面的感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部任一點(diǎn)的場強(qiáng)疊加后合場強(qiáng)為零如圖192所示，把驗(yàn)電器靠近帶電體，如圖甲所示，箔片會張開，但如果把驗(yàn)電器置于金屬網(wǎng)罩內(nèi)如圖乙所示，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 圖192 (2)接地導(dǎo)體的內(nèi)部電場影響不到導(dǎo)體外部 接地導(dǎo)體的內(nèi)部電場不影響導(dǎo)體外部，是因?yàn)閷?dǎo)體外部的感應(yīng)電荷都被排斥入地，在只有施感電荷和內(nèi)壁感應(yīng)出的異種電荷的情況下，兩部分電荷在導(dǎo)體外部任何一點(diǎn)的場強(qiáng)疊加后合場強(qiáng)為零 如圖193所示，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(shí)的電場線分布如圖乙所示 圖193【例3】如圖194所示，兩個(gè)相同的空心金屬球M和N，M帶電荷量為Q，N不帶電(M、N相距很遠(yuǎn)，互不影響)，旁邊各放一個(gè)不帶電的金屬球P和R，當(dāng)將帶正電Q的小球分別放入M和N的空腔中時(shí)()圖圖194 AP、R上均出現(xiàn)感應(yīng)電荷 BP、R上均沒有感應(yīng)電荷 CP上有而R上沒有感應(yīng)電荷 DP上沒有而R上有感應(yīng)電荷 答案D 解析當(dāng)將帶正電Q的小球放入M的空腔中時(shí)，由于靜電感應(yīng)，M的內(nèi)表面帶負(fù)電，而外表面帶正電，其電荷量為Q，它與原來金屬球M外表面所帶的電荷Q正好中和，使外表面不帶電這實(shí)際上是M所帶電荷Q被吸引至內(nèi)表面，所以金屬球M外部不存在電場，不能使P產(chǎn)生靜電感應(yīng)，P上沒有感應(yīng)電荷當(dāng)將帶正電Q的小球放入原來不帶電的N的空腔中時(shí)，由于靜電感應(yīng)，N內(nèi)表面帶負(fù)電荷，外表面帶正電荷，N外部有電場，使R產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使左端帶負(fù)電，右端帶正電，故選項(xiàng)D正確 借題發(fā)揮對靜電屏蔽問題的分析，關(guān)鍵是抓住靜電感應(yīng)現(xiàn)象的特點(diǎn)并認(rèn)識到感應(yīng)電荷的分布