2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 第7節(jié) 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、第7節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用,【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道靜電感應(yīng)產(chǎn)生的原因,知道什么是靜電平衡狀態(tài).2.掌握處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特征.3.了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及它們的應(yīng)用.,基礎(chǔ)知識(shí),核心要點(diǎn),學(xué)習(xí)效果,核心素養(yǎng),基礎(chǔ)知識(shí)探究,教材探究,知識(shí)點(diǎn)一,靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng),【問題導(dǎo)學(xué)】,如圖所示,不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場(chǎng)中,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動(dòng),使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號(hào)電荷.請(qǐng)思考下列問題:,(1)自由電子定向移動(dòng)的原因是什么?自由電子定向移動(dòng)的方向與電場(chǎng)方向有何關(guān)系?(2)自由電子能否一直不停的定向移動(dòng)?為什么?,,答案:(1)自由電子受外加電場(chǎng)的靜電力作用而移動(dòng),向著與電場(chǎng)相反的方向定

2、向移動(dòng).(2)不能.感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外加電場(chǎng)反向,阻礙電子的定向移動(dòng),當(dāng)這兩個(gè)電場(chǎng)大小相等時(shí),電子的定向移動(dòng)終止.,【知識(shí)梳理】1.靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體在電場(chǎng)中發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象,感應(yīng)電荷的電場(chǎng)與原電場(chǎng),使導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng),直至為零,導(dǎo)體內(nèi)部自由電子不再發(fā)生的狀態(tài).2.靜電平衡狀態(tài)的特征(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng).(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向必定與這點(diǎn)的表面.(3)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,整個(gè)導(dǎo)體是個(gè),它的表面是個(gè).,疊加,減弱,定向移動(dòng),處處為零,垂直,等勢(shì)體,等勢(shì)面,3.靜電平衡時(shí),導(dǎo)體上的電荷分布特點(diǎn)(1)電的導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的.

3、(2)在導(dǎo)體外表面越尖銳的位置,電荷的密度(單位面積的電荷量),凹陷的位置幾乎電荷.,外表面,越大,沒有,知識(shí)點(diǎn)二,尖端放電靜電屏蔽,【問題導(dǎo)學(xué)】,(1)避雷針是保護(hù)建筑物的一種設(shè)施,其利用了什么原理?(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零,若導(dǎo)體是空心的,則空心部分的場(chǎng)強(qiáng)怎樣?,,答案:(1)尖端放電.(2)空心部分場(chǎng)強(qiáng)為零.,【知識(shí)梳理】1.空氣的電離導(dǎo)體尖端電荷很大,附近的電場(chǎng)很強(qiáng),空氣中殘留的帶電粒子在的作用下發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng)把空氣中的氣體分子撞“散”,也就是使分子中的正負(fù)電荷的現(xiàn)象.,密度,強(qiáng)電場(chǎng),分離,2.尖端放電與靜電屏蔽,電離,吸引,中和,失去電荷,0,不會(huì)產(chǎn)生,避雷針

4、,光滑,思考判斷,1.靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零,導(dǎo)體的電勢(shì)也為零.()2.靜電平衡時(shí),導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再運(yùn)動(dòng).()3.飛機(jī)輪上裝有拖地線,油罐車后面拖條鐵鏈都是把靜電導(dǎo)入大地.()4.電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的,目的是銅絲衣服有屏蔽作用,使體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零.()5.避雷針能避免建筑物被雷擊是因?yàn)樵茖又袔У碾姾杀槐芾揍樛ㄟ^導(dǎo)線導(dǎo)入大地.(),√,,√,√,,核心要點(diǎn)突破,要點(diǎn)一,靜電平衡的理解及應(yīng)用,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).金屬導(dǎo)體建立靜電平衡的時(shí)間是非常短暫的.2.靜電平衡的實(shí)質(zhì)?,3.處于靜電平衡的導(dǎo)體是等

5、勢(shì)體?,表面是等勢(shì)面,所以導(dǎo)體表面的電場(chǎng)線應(yīng)與導(dǎo)體表面垂直.,,狀元心得,?靜電感應(yīng)因果關(guān)系原因現(xiàn)象結(jié)果,自由電荷定向移動(dòng),導(dǎo)體兩端帶等量異種電荷,存在外電場(chǎng)及導(dǎo)體中有自由電荷,自由電荷不再定向移動(dòng),E感=-E外,→,→,?導(dǎo)體內(nèi)部某處感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)E′與周圍原電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度E大小相等,方向相反,兩者相互抵消,導(dǎo)體內(nèi)部某處合場(chǎng)強(qiáng)E合為零,但導(dǎo)體表面的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零.?雖然整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體,導(dǎo)體表面是等勢(shì)面,但電勢(shì)不一定為零.,【例1】(2018河北正定中學(xué)高二周測(cè))如圖所示,在真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷A和B,電荷量分別為-Q和+2Q,它們相距L,如果在兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O有一個(gè)半徑為r(2r<

6、L)的空心金屬球,且球心位于O點(diǎn),求球殼上的感應(yīng)電荷在O點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度.,,?思路探究?(1)導(dǎo)體內(nèi)O點(diǎn)處的合場(chǎng)強(qiáng)為多大?這個(gè)值是哪幾個(gè)電場(chǎng)疊加的結(jié)果?(2)點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度的公式是怎樣的?答案:(1)O點(diǎn)處的合場(chǎng)強(qiáng)為零這個(gè)值是A,B分別在O點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)及球殼上的感應(yīng)電荷在O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)疊加的結(jié)果.(2)點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度E=k.,,,方法總結(jié),解決靜電平衡問題思路(1)充分利用靜電平衡的特點(diǎn).(2)分析清楚靜電平衡導(dǎo)體的三個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度:外電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度E0,感應(yīng)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度E′與合電場(chǎng)強(qiáng)度E合各自的特點(diǎn),它們滿足E合=E0-E′=0.,B,,要點(diǎn)二,靜電屏蔽的理解及應(yīng)用,,狀元心得,?導(dǎo)體內(nèi)空腔不受

7、外界電荷影響.如圖,把帶電體靠近驗(yàn)電器,箔片會(huì)張開,但如果把驗(yàn)電器置于金屬網(wǎng)罩內(nèi),則箔片不再張開.,,?接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響.如圖,點(diǎn)電荷+q處在封閉的導(dǎo)體球殼內(nèi)部,導(dǎo)體球殼外部有電場(chǎng)線,但如果把導(dǎo)體球殼接地,則外部無電場(chǎng)線.?適合做屏蔽的材料只能是導(dǎo)體,不能是絕緣體.,【例2】(2018蘭州一中高二檢測(cè))將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)(不和球壁接觸),另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近,如圖所示,下列說法正確的有()A.A往左偏離豎直方向,B往右偏離豎直方向B.A的位置不變,B往右偏離豎直方向C.A往左偏離豎直方向,B的位置不變D.A和B的位置

8、都不變,,?思路探究?(1)金屬空心球C內(nèi)部是否有電場(chǎng)?A電荷是否受靜電力的作用?(2)金屬空心球C外部是否有電場(chǎng)?B電荷是否受靜電力的作用?答案:(1)金屬空心球C起靜電屏蔽作用,內(nèi)部無電場(chǎng),A電荷不受靜電力的作用.(2)金屬空心球C外部有電場(chǎng),B電荷受到靜電力的作用.解析:帶正電的小球A放在不帶電的空心球C內(nèi),通過靜電感應(yīng),空心球外殼帶正電,內(nèi)壁帶負(fù)電.因此,金屬空心球C和帶電小球B帶異種電荷,所以B受C球的吸引往右偏離豎直方向,而由于空心球C能屏蔽小球B所產(chǎn)生的外部電場(chǎng),因此A球不受B球電場(chǎng)的影響,而保持豎直位置不變,選項(xiàng)B正確.答案:B,,方法總結(jié),靜電屏蔽問題的分析方法靜電屏蔽的本質(zhì)

9、是靜電感應(yīng),從現(xiàn)象上看為導(dǎo)體處于靜電平衡態(tài),因此,分析此類問題的依據(jù)是靜電平衡的特點(diǎn),另外再結(jié)合電場(chǎng)強(qiáng)度,電勢(shì)以及電場(chǎng)線的概念和特點(diǎn).,【針對(duì)訓(xùn)練2】(2018江西省上高縣第二中學(xué)高二月考)如圖所示,把原來不帶電的金屬殼B的外表面接地,將一帶正電的小球A從小孔中放入球殼內(nèi),但不與B發(fā)生接觸,達(dá)到靜電平衡狀態(tài)后,則()A.B的空腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零B.B不帶電C.B的外表面帶正電D.B的內(nèi)表面帶負(fù)電,D,,解析:因?yàn)榻饘贇さ耐獗砻娼拥?所以外表面無感應(yīng)電荷,只有內(nèi)表面有感應(yīng)電荷分布,且由于A帶正電,則B的內(nèi)表面帶負(fù)電,故選項(xiàng)D對(duì),B,C錯(cuò);B的空腔內(nèi)有帶正電的小球A產(chǎn)生的電場(chǎng)和金屬殼內(nèi)表面感應(yīng)電荷產(chǎn)

10、生的電場(chǎng),由電場(chǎng)疊加知,電場(chǎng)線的方向由A指向B,所以空腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度不為零,故選項(xiàng)A錯(cuò).,學(xué)習(xí)效果檢測(cè),1.(2018武漢外國(guó)語學(xué)校高二測(cè)試)(多選)圖中P是一個(gè)帶電體,N是一個(gè)不帶電的金屬空腔,在哪些情況下,放在絕緣板上的小紙屑(圖中S)不會(huì)被吸引(),,解析:金屬空腔不接地可屏蔽外部電場(chǎng),接地可屏蔽內(nèi)部電場(chǎng).,AD,2.如圖所示,A為空心金屬球,B為靠近A的另一個(gè)原來不帶電的枕形金屬殼.將另一個(gè)帶正電的小球C從A球開口處放入A球中央,但不觸及A球.則B出現(xiàn)的情況是()A.靠近A的一端帶正電,遠(yuǎn)離A的另一端帶負(fù)電B.靠近A的一端帶負(fù)電,遠(yuǎn)離A的另一端帶正電C.靠近A的一端帶負(fù)電,遠(yuǎn)離A的另一端

11、不帶電D.靠近A的一端帶正電,遠(yuǎn)離A的另一端不帶電,,解析:小球C的電場(chǎng)在A球的內(nèi)外表面分別感應(yīng)出負(fù)、正電荷,A,C球相當(dāng)于一個(gè)帶正電的球,根據(jù)“近異遠(yuǎn)同”的特點(diǎn),靠近A的一端帶負(fù)電,遠(yuǎn)離A的另一端帶正電,故選項(xiàng)B正確.,B,,解析:為了使電視機(jī)能接收電磁波信號(hào),但又不接收高頻熱合機(jī)產(chǎn)生的電磁波,應(yīng)將高頻熱合機(jī)產(chǎn)生的電磁波信號(hào)屏蔽,而接地金屬籠子具有屏蔽內(nèi)電場(chǎng)的作用,故選項(xiàng)D正確.,3.(2018廣東執(zhí)信中學(xué)高二周測(cè))某農(nóng)村小塑料加工廠的高頻熱合機(jī)(焊縫機(jī))產(chǎn)生的電磁波頻率和電視信號(hào)頻率接近,由于該村尚未通有線電視信號(hào),空中的信號(hào)常常受到干擾,在電視熒屏上出現(xiàn)網(wǎng)狀條紋,影響正常收看.為了使電視

12、機(jī)不受干擾,可采取的辦法是()A.將電視機(jī)用一個(gè)金屬籠子罩起來B.將電視機(jī)用一個(gè)金屬籠子罩起來,并將金屬籠接地C.將高頻熱合機(jī)用一個(gè)金屬籠子罩起來D.將高頻熱合機(jī)用一個(gè)金屬籠子罩起來,并將金屬籠接地,D,4.在一個(gè)導(dǎo)體球殼內(nèi)放一個(gè)電荷量為+Q的點(diǎn)電荷,用Ep表示球殼外任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng),則()A.當(dāng)+Q在球殼中央時(shí),Ep=0B.不論+Q在球殼內(nèi)何處,Ep一定為零C.只有當(dāng)+Q在球心且球殼接地時(shí),Ep=0D.只要球殼接地,不論+Q在球殼內(nèi)何處,Ep一定為零,,解析:導(dǎo)體球殼不接地時(shí),不論+Q在球殼內(nèi)何處,點(diǎn)電荷會(huì)在球殼外表面感應(yīng)出正電荷,球殼外存在由導(dǎo)體球殼外表面指向無窮遠(yuǎn)的電場(chǎng),故選項(xiàng)A,B錯(cuò);球殼

13、接地時(shí),它與大地組成一個(gè)新導(dǎo)體,球殼外任一點(diǎn)都在新導(dǎo)體內(nèi)部,故不論+Q在球殼內(nèi)何處,Ep一定為零,故選項(xiàng)C錯(cuò),D對(duì).,D,核心素養(yǎng)提升,(教師備用),【方法拓展】——靜電感應(yīng)現(xiàn)象中電荷移動(dòng)方向的判斷1.靜電感應(yīng)現(xiàn)象中電荷移動(dòng)的方向取決于所在區(qū)域的電場(chǎng)方向,電荷在靜電力的作用下定向移動(dòng),直至達(dá)到靜電平衡.某區(qū)域凈電荷不為零,該區(qū)域的電荷不一定發(fā)生定向移動(dòng);某區(qū)域凈電荷為零,該區(qū)域的電荷不一定不發(fā)生定向移動(dòng).2.產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象時(shí),若兩個(gè)或幾個(gè)物體通過導(dǎo)線相連,應(yīng)將這幾個(gè)物體看作一個(gè)整體進(jìn)行分析.這幾個(gè)物體作為一個(gè)整體遵循靜電平衡時(shí)場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)及電荷分布的特點(diǎn).,學(xué)長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)分享,【以例示法】(2018

14、寧夏六盤山高級(jí)中學(xué)高二周測(cè))(多選)如圖所示,把一個(gè)架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正電荷形成的電場(chǎng)中,導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí),下列說法正確的是()A.A,B兩點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度相等,且都為零B.A,B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不相等C.感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)強(qiáng)度大小是|EA|<|EB|D.當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動(dòng),AD,,解析:枕形導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài),其內(nèi)部的A,B兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)都為零,故選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤.由于A離正電荷較近,正電荷在A點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度較大,故感應(yīng)電荷在A點(diǎn)產(chǎn)生的附加電場(chǎng)強(qiáng)度也較大,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤.開關(guān)S閉合時(shí),電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w定向移動(dòng),以中和枕形導(dǎo)體上的正電荷,最后使它顯示負(fù)電性,

15、故選項(xiàng)D正確.,【科學(xué)技術(shù)社會(huì)環(huán)境】,法拉第籠法拉第籠是以電磁學(xué)的奠基人、英國(guó)物理學(xué)家邁克爾法拉第的姓氏命名的一種用于演示等電位、靜電屏蔽和高壓帶電作業(yè)原理的設(shè)備.演示時(shí),先請(qǐng)幾位觀眾進(jìn)入籠體后關(guān)閉籠門,操作員接通電源,用放電桿進(jìn)行放電演示.這時(shí)即使籠內(nèi)人員將手貼大籠壁上,使放電桿向手指放電,籠內(nèi)人員不僅不會(huì)觸電,而且還可以體驗(yàn)電子風(fēng)的清涼感覺.外殼接地的法拉第籠可以有效地隔絕籠體內(nèi)外的電場(chǎng)和電磁波干擾,這叫做“靜電屏蔽”.許多儀器設(shè)備采用接地的金屬外殼可有效地避免殼體內(nèi)外電場(chǎng)的干擾.,,解析:由于金屬鳥籠的靜電屏蔽作用,使得鳥籠內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零,電荷分布在籠的外表面,處于靜電平衡狀態(tài)的鳥籠是一個(gè)等勢(shì)體,其上各點(diǎn)電勢(shì)都相等,盡管電勢(shì)很高,但是不會(huì)有電流流過小鳥的身體,所以小鳥可以安然無恙,C正確.,【示例】?jī)赏瑢W(xué)在做電學(xué)實(shí)驗(yàn),感應(yīng)起電器集電端的小球靠近內(nèi)有小鳥的金屬鳥籠,轉(zhuǎn)動(dòng)起電器,小球與鳥籠間產(chǎn)生電火花,使鳥籠帶電,但籠中的小鳥安然無恙,對(duì)此現(xiàn)象正確的解釋是()A.小鳥不怕電擊B.金屬鳥籠的感應(yīng)起電作用C.金屬鳥籠起靜電屏蔽作用D.金屬鳥籠的靜電感應(yīng)現(xiàn)象,C,