高二物理第1章第7節(jié)《靜電現(xiàn)象的應(yīng)用》課件（新人教選修3-1）

歡迎進(jìn)入物理課堂 第一章靜電場 同步導(dǎo)學(xué)方案 課后強(qiáng)化演練 第7節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 1 靜電感應(yīng)現(xiàn)象如圖所示 將一不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD放到場強(qiáng)為E0的電場中 導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場力的作用下 逆著電場線方向定向移動 使導(dǎo)體的一側(cè)聚集負(fù)電荷 而導(dǎo)體另一側(cè)卻聚集等量的正電荷 這種現(xiàn)象就是靜電感應(yīng)現(xiàn)象 2 靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體上 包括表面 處處無電荷定向移動的狀態(tài) 3 靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特征 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 內(nèi)部的場強(qiáng)處處為零 2 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 其外部的場強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面垂直 3 處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個等勢體 它的表面是個等勢面 1 不要認(rèn)為達(dá)到靜電平衡需要很長時間 其實(shí)金屬導(dǎo)體建立靜電平衡狀態(tài)的時間只有幾微秒 相當(dāng)快 2 達(dá)到靜電平衡后 自由電子沒有定向移動而不是說導(dǎo)體內(nèi)部的電荷不動 內(nèi)部的電子仍在做無規(guī)則的運(yùn)動 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 4 應(yīng)該注意靜電感應(yīng)與感應(yīng)起電的區(qū)別和聯(lián)系 感應(yīng)起電是運(yùn)用靜電感應(yīng)現(xiàn)象使物體起電的一種方法 而靜電感應(yīng)則是電場中導(dǎo)體兩端暫時出現(xiàn)等量相反電荷的現(xiàn)象 1 凈電荷都分布在導(dǎo)體的表面 導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷 2 感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端 電性相反 電量相等 遠(yuǎn)同近異 如圖所示 3 凈電荷在導(dǎo)體表面分布不均勻 導(dǎo)體表面尖銳處電荷分布密集 平滑處電荷分布稀疏 凹陷處幾乎沒有電荷 如圖所示 1 一個孤立的帶電體 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) 人與大地都是導(dǎo)體 在人摸 觸 導(dǎo)體的過程中 帶電體 人 大地組成一個新導(dǎo)體 地球往往是新導(dǎo)體的遠(yuǎn)端 2 凈電荷是指導(dǎo)體內(nèi)未被中和抵消的剩余電荷 感應(yīng)電荷是指由于靜電感應(yīng)而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)的等量異種電荷 1 空氣的電離電荷在導(dǎo)體表面的分布與導(dǎo)體的彎曲程度有關(guān) 導(dǎo)體表面突出和尖銳的地方 電荷的分布密集 因此導(dǎo)體尖端附近的電場很強(qiáng) 空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下發(fā)生劇烈的運(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 這個現(xiàn)象叫做空氣的電離 2 尖端放電中性分子電離后變成帶負(fù)電的自由電子和失去電子而帶正電的離子 這些帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下加速 撞擊空氣中的分子 使它們進(jìn)一步電離 產(chǎn)生更多的帶電粒子 那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子 由于被吸引而奔向尖端 與尖端上的電荷中和 這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷 這個現(xiàn)象叫尖端放電 3 尖端放電的應(yīng)用和防止 1 避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施 如圖所示 通過避雷針的尖端放電后 建筑物不至于積累過多的電荷而遭雷擊 2 尖端放電會導(dǎo)致高壓設(shè)備上電能的損失 所以高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面應(yīng)該盡量光滑 1 現(xiàn)象 如圖所示 先使A帶電 然后移近驗(yàn)電器B 由于靜電感應(yīng) B的金屬箔片張開 若把B置于金屬網(wǎng)罩中 發(fā)現(xiàn)B的金屬箔片并不張開 2 定義 具有空腔的金屬導(dǎo)體在靜電平衡狀態(tài)下 不僅導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零 腔內(nèi)場強(qiáng)也為零 因而置于腔內(nèi)的物體不受外界電場的影響 這種作用叫靜電屏蔽 3 兩種典型的靜電屏蔽現(xiàn)象 1 外屏蔽 如圖所示 若空腔導(dǎo)體內(nèi)有帶電體 在靜電平衡時 它的內(nèi)表面將產(chǎn)生等量異號的感應(yīng)電荷 如果外殼不接地 則外表面會產(chǎn)生與內(nèi)部帶電體等量而同號的感應(yīng)電荷 此時感應(yīng)電荷的電場將對外界產(chǎn)生影響 這時空腔導(dǎo)體只能對外電場屏蔽 卻不能屏蔽內(nèi)部帶電體對外界的影響 所以叫外屏蔽 2 全屏蔽 如圖所示 如果外殼接地 即使內(nèi)部有帶電體存在 這時內(nèi)表面感應(yīng)的電荷與帶電體所帶的電荷的代數(shù)和為零 而外表面產(chǎn)生的感應(yīng)電荷通過接地線流入大地 外界對殼內(nèi)無法影響 內(nèi)部帶電體對外界的影響也隨之而消除 所以這種屏蔽叫做全屏蔽 4 靜電屏蔽的應(yīng)用和防止 1 應(yīng)用 為了防止外界信號的干擾 靜電屏蔽被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)工作中 許多電子儀器外面都套著金屬罩 通訊電纜外面包著一層鉛皮 高壓帶電作業(yè)人員穿金屬網(wǎng)衣 又如電話線從高壓線下經(jīng)過 為了防止高壓線對電話線的影響 在高壓線與電話線之間裝一金屬網(wǎng)等 這些都是用來防止外界電場干擾的屏蔽措施 2 防止 靜電屏蔽也可帶來不利的影響 如通訊工具在鋼筋結(jié)構(gòu)建筑中接收信號較弱 宇宙飛船返回地球大氣層時 與大氣層的高速摩擦 在飛船周圍形成一層等離子體 對飛船產(chǎn)生靜電屏蔽作用 導(dǎo)致飛船和地面控制中心的通信聯(lián)絡(luò)暫時中斷 1 分析靜電屏蔽問題時首先要分清外殼是否接地 2 實(shí)際應(yīng)用中金屬外殼不必嚴(yán)格完全封閉 用金屬網(wǎng)罩代替金屬殼體也能起到屏蔽作用 如圖所示 在孤立點(diǎn)電荷 Q的電場中 金屬圓盤A處于靜電平衡狀態(tài) 若金屬圓盤平面與點(diǎn)電荷在同一平面內(nèi) 試在圓盤A內(nèi)作出由盤上感應(yīng)電荷形成的附加電場的三條電場線 用實(shí)線表示 要求嚴(yán)格作圖 解析 導(dǎo)體A處于靜電平衡狀態(tài) 因此內(nèi)部每點(diǎn)的合場強(qiáng)都為零 即導(dǎo)體A內(nèi)的每一點(diǎn) 感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度都與點(diǎn)電荷 Q在該點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相等 方向相反 即感應(yīng)電荷的電場線與點(diǎn)電荷 Q的電場線重合 且方向相反 注意 圖中的虛線是為了確定A內(nèi)的實(shí)線而畫出的 并不表示A外部的電場線 答案 如圖所示 方法總結(jié) 1 明確研究對象是否達(dá)到靜電平衡狀態(tài) 2 判斷導(dǎo)體兩端的電荷分布及所產(chǎn)生的電場方向 可由靜電感應(yīng)現(xiàn)象判知同種電荷被盡可能排斥到遠(yuǎn)處 異種電荷被盡可能吸引到近處 3 根據(jù)靜電平衡現(xiàn)象的特點(diǎn) 達(dá)到平衡的導(dǎo)體內(nèi)部 合電場為零 整個導(dǎo)體是等勢體 來計算感應(yīng)電荷在某點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度或其他問題 長為l的導(dǎo)體棒原來不帶電 現(xiàn)將一帶電荷量為 q的點(diǎn)電荷放在距棒左端R處 如圖所示 當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后 棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)P處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小等于 方向?yàn)?如圖所示 A為帶電的空腔導(dǎo)體 B為離A很遠(yuǎn)的不帶電的驗(yàn)電器 現(xiàn)用一根導(dǎo)線一端與A的內(nèi)壁接觸 另一端與B接觸 則B的金屬箔片是否張開 解析 答案 張開 方法總結(jié) 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體凈電荷只分布在外表面 應(yīng)注意區(qū)分內(nèi)表面和外表面 在導(dǎo)體外部就是外表面 還應(yīng)注意是凈電荷分布在外表面上 如圖所示 金屬球殼A帶有正電 其上方有一小孔a 靜電計B的金屬球b用導(dǎo)線與金屬球c相連 以下操作所發(fā)生的現(xiàn)象 哪些是正確的 A 將c移近A 但不與A接觸 B會張開一定角度B 將c與A外表面接觸后移開 B會張開一定角度C 將c與A內(nèi)表面接觸時 B不會張開一定角度D 將c置于A空腔內(nèi) 但不與A接觸 B不會張開一定角度解析 不論c在A外還是A內(nèi) 都能發(fā)生靜電感應(yīng) 從而使B的指針帶正電使指針張開一定角度 不論將c與A的內(nèi)表面還是外表面接觸 因?yàn)榻佑|帶電 指針都帶正電 從而張開一定角度 答案 AB 如圖所示 兩個相同的空心金屬球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 A P R上均出現(xiàn)感應(yīng)電荷B P R上均沒有感應(yīng)電荷C P上有而R上沒有感應(yīng)電荷D P上沒有而R上有感應(yīng)電荷 解析 本題考查靜電屏蔽問題 當(dāng)將帶正電Q的小球放入M的空腔中時 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 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 答案 D 方法總結(jié) 1 研究靜電屏蔽問題時 應(yīng)首先判斷金屬殼是否接地 2 若金屬殼不接地 金屬殼內(nèi)部空間不受殼外部電場的影響 3 若金屬殼接地 殼內(nèi)部電場對殼外空間沒有影響 如圖所示 原來不帶電的金屬球殼內(nèi)壁接地 將一帶正電的小球放入其中 但不與球殼接觸 則 A 球殼內(nèi)壁帶負(fù)電B 球殼外壁帶正電C 球殼外壁不帶電D 若將接地線去掉再移去正電荷 球殼外壁帶負(fù)電 解析 球殼內(nèi)正電荷產(chǎn)生電場 使球殼處于靜電平衡狀態(tài) 在球殼的內(nèi)表面出現(xiàn)等量異種電荷 球殼的外表面出現(xiàn)等量同種電荷 當(dāng)球殼接地時 不論內(nèi)表面接地還是球殼外表面接地 待穩(wěn)定后球殼的電勢必定為零 球殼的外表面無感應(yīng)電荷 球殼外也沒有靜電場 這就是接地導(dǎo)體殼的靜電屏蔽作用 故A C選項(xiàng)正確 若將接地線去掉再移去球殼內(nèi)正電荷時 球殼內(nèi)表面的負(fù)電荷就會分布到球殼的外表面上 內(nèi)壁不再帶電 故D選項(xiàng)正確 答案 ACD 如圖為空腔球形導(dǎo)體 不帶電 現(xiàn)將一個帶正電的小金屬球A放入腔內(nèi) 靜電平衡時 圖中a b c三點(diǎn)的場強(qiáng)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 Ec Eb a b c 解析 答案 D 方法總結(jié) 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時 內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 但表面各處的場強(qiáng)并不相同 整個導(dǎo)體是等勢體 表面是等勢面 場強(qiáng)和表面處處垂直 若能根據(jù)靜電平衡狀態(tài)時導(dǎo)體上的電荷分布 畫出電場線的大體分布 再結(jié)合以上特點(diǎn) 就可以比較空間中一些點(diǎn)的場強(qiáng) 電勢 一個不帶電的空心金屬球 在它的球內(nèi)放一個正電荷如圖所示 其電場分布正確的是 解析 空心金屬球內(nèi)放一正電荷 由于靜電感應(yīng)使金屬球殼帶正電 球殼上達(dá)到靜電平衡 內(nèi)部場強(qiáng)為零 當(dāng)外殼接地時 對外具有屏蔽作用 故選項(xiàng)C D正確 答案 CD 1 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時 下列說法正確的是 A 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電場B 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷 電荷只分布在導(dǎo)體的外表面C 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷的運(yùn)動D 以上說法均不正確 解析 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時 導(dǎo)體內(nèi)部不是沒有電場 而是外電場與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場的合場強(qiáng)為零 但兩場強(qiáng)仍然存在 故A錯 對于B 不能說沒有電荷 凈電荷只分布在外表面上 自由電子和正電荷仍存在 只是顯中性 故B錯 對于C 導(dǎo)體內(nèi)部的電荷 電子與正電荷 的熱運(yùn)動仍然存在 故C錯 只有D正確 答案 D 2 電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的 下列說法正確的是 A 銅絲編織的衣服不易拉破B 電工被銅絲衣服所包裹 使體內(nèi)電勢為零C 電工被銅絲衣服所包裹 使體內(nèi)場強(qiáng)為零D 銅絲電阻小 能對人體起到保護(hù)作用解析 電工穿的高壓作業(yè)服由銅絲編織 電工穿上它后在自身的外面就覆蓋了一層金屬網(wǎng) 這層網(wǎng)起到了靜電屏蔽的作用 可以有效地防止外部電場對人身的傷害 對人體起到保護(hù)作用 C正確 答案 C 3 一個帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4 10 8C的正電荷 上端開有適當(dāng)小孔 有絕緣柄的金屬小球B帶有2 10 8C的負(fù)電荷 使B球和A球內(nèi)壁接觸 如圖所示 則A B帶電量分別為 A QA 10 8C QB 10 8CB QA 2 10 8C QB 0C QA 0 QB 2 10 8CD QA 4 10 8C QB 2 10 8C 解析 由電荷守恒定律和處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體特點(diǎn)可知B正確 答案 B 5 在如圖所示的實(shí)驗(yàn)中 驗(yàn)電器的金屬箔會張開的是 解析 選項(xiàng)A中不會張開 金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場 選項(xiàng)B中會張開 因?yàn)榻饘倬W(wǎng)未接地 網(wǎng)內(nèi)的帶電體可以對外界產(chǎn)生影響 選項(xiàng)C D中不會張開 因?yàn)榻饘倬W(wǎng)已接地 網(wǎng)內(nèi)的帶電體對網(wǎng)外無影響 網(wǎng)外的帶電體對網(wǎng)內(nèi)也無影響 答案 B 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全