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

《高中物理 第一章 第7節(jié) 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用課件 新人教版選修3-1.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第一章 第7節(jié) 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用課件 新人教版選修3-1.ppt（33頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第七節(jié) 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用,,第一章 靜電場(chǎng),學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，理解處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特性. 2.知道什么是靜電屏蔽及其有關(guān)應(yīng)用. 3.知道導(dǎo)體上電荷的分配規(guī)律. 4.了解尖端放電現(xiàn)象.,,第一章 靜電場(chǎng),一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng) 1．靜電感應(yīng)現(xiàn)象 放在電場(chǎng)中的導(dǎo)體其內(nèi)部自由電荷在___________作用下定向移動(dòng)，而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)___________電荷的現(xiàn)象． 2．靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體中(包括表面) ___________不再發(fā)生定向移動(dòng)，我們就認(rèn)為導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)．,電場(chǎng)力,等量異號(hào),自由電子,3．靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn) (1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的_________處處為零． (2)處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)___________，它的表面是一個(gè)等勢(shì)面． (3)表面處的場(chǎng)強(qiáng)不為零，表面處的場(chǎng)強(qiáng)方向跟導(dǎo)體表面___________． 4．導(dǎo)體上電荷的分布 (1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在___________． (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)___________，凹陷的位置___________電荷．,場(chǎng)強(qiáng),等勢(shì)體,垂直,外表面上,越大,幾乎無(wú),[想一想] 1.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為什么是 零？導(dǎo)體表面的電場(chǎng)沿什么方向？ 提示：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)疊加，使導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的合電場(chǎng)為零.,導(dǎo)體表面電場(chǎng)方向與導(dǎo)體表面垂直.,二、尖端放電、靜電屏蔽 1．尖端放電 (1)尖端放電：空氣被電離后所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)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． (2)應(yīng)用和防止 應(yīng)用：___________是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施． 防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的______________會(huì)減少電能的損失.,吸引,中和,失去電荷,避雷針,表面盡量光滑,2．靜電屏蔽 (1)定義：當(dāng)金屬外殼達(dá)到靜電平衡時(shí)，內(nèi)部________電場(chǎng)， 因而金屬的___________會(huì)對(duì)其內(nèi)部起__________作用，使它內(nèi)部不受___________影響的現(xiàn)象． (2)應(yīng)用：電子儀器和電子設(shè)備外面都有___________，通信電纜外面包有一層___________，高壓線路的檢修人員要穿___________等,都是利用靜電屏蔽現(xiàn)象消除外電場(chǎng)的影響．,沒有,外殼,屏蔽,外部電場(chǎng),金屬殼,金屬網(wǎng),屏蔽服,[想一想] 2.絕緣球殼能否起到屏蔽外電場(chǎng)的作用？ 提示：絕緣球殼中沒有自由電荷，當(dāng)放入外電場(chǎng)時(shí)，不會(huì)發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，殼內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)也不會(huì)為零.即不能起到屏蔽外電場(chǎng)的作用.,1．靜電平衡實(shí)質(zhì) (1)在達(dá)到靜電平衡的過程中，外電場(chǎng)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(chǎng)和外電場(chǎng)方向相反，使合場(chǎng)強(qiáng)減小，隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加，合場(chǎng)強(qiáng)逐漸減小，直至合場(chǎng)強(qiáng)為零，自由電荷的定向移動(dòng)停止． (2)靜電平衡的條件：導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)為零，即E合＝0.,對(duì)靜電平衡的理解,2．靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn) (1)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)場(chǎng)強(qiáng)E大小相等，方向相反，兩者相互抵消，導(dǎo)體內(nèi)部處處合場(chǎng)強(qiáng)E合為零，但導(dǎo)體表面的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零． (2)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． (3)電場(chǎng)線與導(dǎo)體表面垂直． 特別提醒：一個(gè)孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場(chǎng)中，處于靜電平衡狀態(tài)，具有靜電平衡的所有特點(diǎn)．,AB是長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬桿,P1、P2是位于AB所在直線上的兩點(diǎn)，位置如圖所示，在P2點(diǎn)有一個(gè)帶電量為＋Q的點(diǎn)電荷，試求出金屬桿上的感應(yīng)電荷在P1點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向． [思路探究] 處于靜電平衡的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)是怎樣的？,求處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的方法是：利用感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)為零進(jìn)行分析．,1. 一金屬球，原來(lái)不帶電，現(xiàn)沿球直徑的延長(zhǎng)線放置一均勻帶電的細(xì)桿MN，如圖所示．金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng) 在球內(nèi)直徑上a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比，則( ) A．Ea最大 B．Eb最大 C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec,C,解析：處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，故a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)都為零．靜電平衡在導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零是感應(yīng)電荷 產(chǎn)生的電場(chǎng)與外電場(chǎng)疊加的結(jié)果，所以感應(yīng)電荷在球內(nèi)某點(diǎn) 產(chǎn)生的電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)與MN在這一點(diǎn)形成的電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)等大、反向．比較a、b、c三點(diǎn)感應(yīng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，實(shí)質(zhì)上是比較帶電體MN在這三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)．由于c點(diǎn)離MN最近，故MN在c點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)最大，感應(yīng)電荷在c點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)也最大．故選C.,1．電荷分布特點(diǎn) (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． (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．,靜電平衡導(dǎo)體的電荷分布及分析方法,2．電荷分布的分析方法 (1)“遠(yuǎn)近觀”法：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，離場(chǎng)源電荷較近和較遠(yuǎn)的兩端感應(yīng)出等量的異種電荷，而導(dǎo)體的中間部分因感應(yīng)電荷較少，可認(rèn)為無(wú)感應(yīng)電荷產(chǎn)生，如圖甲所示．,(2)“整體觀”法：當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)原來(lái)彼此絕緣的導(dǎo)體接觸或用導(dǎo)線連接時(shí)，就可把它們看做是一個(gè)大導(dǎo)體，再用“遠(yuǎn)近觀”判斷它們的帶電情況，如有些問題所提到的“用手觸摸某導(dǎo)體”其實(shí)就是導(dǎo)體通過人體與大地構(gòu)成一個(gè)大導(dǎo)體． 不要認(rèn)為導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，用導(dǎo)線連接帶電體內(nèi)部時(shí)，小球Q就不帶電．其實(shí)連接后就已成為一個(gè)整體，故小球通過導(dǎo)線得到了電荷，如圖乙所示． 特別提醒：依據(jù)電場(chǎng)線和電勢(shì)高低，判定導(dǎo)體中電荷受力和移動(dòng)方向，進(jìn)一步求解靜電平衡問題，有時(shí)會(huì)起到事半功倍之效．,如圖所示,接地的金屬板右側(cè)有固定的點(diǎn)電荷＋Q，a、b點(diǎn)是金屬板右側(cè)表面的兩點(diǎn)，其中a到＋Q的距離較小．下列 說(shuō)法正確的是( ) A．由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電，左側(cè)表面帶正電 B．由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電， 左側(cè)表面不帶電 C．整個(gè)導(dǎo)體，包括表面上的a、b點(diǎn)， 是一個(gè)等勢(shì)體，且電勢(shì)等于零 D．a(chǎn)、b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，且a、b兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向相同，但a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)比b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)要強(qiáng)(大)一些 [思路探究] 當(dāng)導(dǎo)體接地時(shí)，遠(yuǎn)端是否發(fā)生變化？,BCD,[解析] 金屬板若不接地，右側(cè)表面將有感應(yīng)的負(fù)電荷，左側(cè) 表面將有感應(yīng)的等量正電荷；現(xiàn)金屬板接地，正電荷通過接地導(dǎo)線移向大地，靜電平衡時(shí)左側(cè)表面不帶電，整個(gè)金屬板的電勢(shì)都為零，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B、C正確．金屬板接地時(shí)，右側(cè)表面上仍有感應(yīng)負(fù)電荷，而且a點(diǎn)附近的電荷面密度(單位表面積的電荷量)比b點(diǎn)附近的電荷面密度要大些，場(chǎng)強(qiáng)要強(qiáng) (大)些，電場(chǎng)線也密一些；整個(gè)金屬板是等勢(shì)體，右側(cè)表面是等勢(shì)面，電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直，可見a、b兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向都垂直指向右側(cè)面，方向相同，所以選項(xiàng)D也正確．故選BCD.,(1)人和大地都是導(dǎo)體，人和導(dǎo)體接觸或大地和導(dǎo)體接觸時(shí)，它們組成一個(gè)整體，作為一個(gè)新導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡，大地變?yōu)樾聦?dǎo)體的遠(yuǎn)端． (2)處于靜電平衡的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，但電勢(shì)不一定為零.,2. 一個(gè)帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4×10－8 C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2×10－8 C的 負(fù)電荷，使B球和A球內(nèi)壁接觸，如圖所示，則A、B帶電荷 量分別為( ) A．QA＝10－8 C，QB＝10－8 C B．QA＝2×10－8 C，QB＝0 C．QA＝0，QB＝2×10－8 C D．QA＝4×10－8 C，QB＝－2×10－8 C 解析:A、B兩帶電小球接觸中和后凈電荷只分布在外表面上,故B項(xiàng)正確．故選B.,B,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(chǎng)和外加電場(chǎng)矢量和為零，好像是金屬殼將外電場(chǎng)“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場(chǎng)并 存，矢量和為零而已． 2．兩種情況 (1)導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界影響，如圖甲所示： (2)接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響，如圖乙所示：,靜電屏蔽現(xiàn)象的實(shí)質(zhì),3．實(shí)現(xiàn)過程 (1)如圖甲，因場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場(chǎng)強(qiáng)為零,達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了屏蔽. (2)如圖乙，當(dāng)金屬殼接地時(shí)，外表面的感應(yīng)電荷傳給地球，外部電場(chǎng)消失，對(duì)外起到屏蔽作用． 因此，靜電屏蔽現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是靜電感應(yīng)現(xiàn)象和靜電平衡狀態(tài)． 特別提醒：(1)分析靜電屏蔽問題時(shí)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．,(2014·天津一中高二檢測(cè))如圖所示，一個(gè)不帶電的導(dǎo)體球N，置于空心導(dǎo)體球M附近，現(xiàn)將另一個(gè)帶電荷量為Q的金屬球放于空腔導(dǎo)體M內(nèi)，則( ) A．若M接地，N上無(wú)感應(yīng)電荷 B．若M不接地，且M原來(lái)不帶電，N上無(wú)感應(yīng)電荷 C．若M不接地，且M原來(lái)不帶電，N上有感應(yīng)電荷 D．若M不接地，且M原來(lái)帶電，N上一定有感應(yīng)電荷,AC,[思路探究] 導(dǎo)體球M處于靜電平衡時(shí)，M外側(cè)是否有凈電 荷？M外部是否有電場(chǎng)？ [解析] 若M接地，空心導(dǎo)體球M外沒有電場(chǎng)，N上無(wú)感應(yīng)電 荷，A正確，若M不接地，且M原來(lái)不帶電，則空心球M外有電場(chǎng)，N上有感應(yīng)電荷，B錯(cuò)誤，C正確．若M不接地，且M原來(lái)帶電，由于Q的放入，可能使空腔電荷集聚于內(nèi)表面，則N上可能有感應(yīng)電荷，也可能沒有感應(yīng)電荷，D錯(cuò)誤．,空腔可以屏蔽外界電場(chǎng)，接地的空腔可以屏蔽內(nèi)部的電場(chǎng)，其本質(zhì)都是因?yàn)榧ぐl(fā)電場(chǎng)與感應(yīng)電場(chǎng)疊加的結(jié)果，分析中應(yīng)特別注意分清是哪一部分電場(chǎng)，還是合電場(chǎng)作用的結(jié)果．,3. (2014·福建三明一中高二檢測(cè))如圖所示，將懸在絕緣細(xì)線上帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球殼B內(nèi)(與內(nèi)壁不 接觸)．外加一個(gè)水平向右的場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，對(duì)于最后 的結(jié)果，下列判斷正確的是( ) A．B的右端帶正電，A向左偏 B．B的右端帶正電，A不偏左也不偏右 C．B的左端帶正電，A向右偏 D．B的左端帶負(fù)電，A不偏左也不偏右,BD,解析：導(dǎo)體空腔處于外電場(chǎng)中時(shí)，由于靜電感應(yīng)的作用，導(dǎo)體球殼的左端將感應(yīng)出負(fù)電荷，右端將感應(yīng)出正電荷，而導(dǎo)體空腔內(nèi)部完全不受外加電場(chǎng)的影響．故A不會(huì)偏轉(zhuǎn)，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確．故選BD.,方法技巧——“等效替代”法在靜電感應(yīng)中的應(yīng)用 等效替代法是科學(xué)研究中常用的思維方法之一，是物理學(xué)中處理問題的一個(gè)基本方法．等效替代法就是在保持某種效果不變的前提下，用簡(jiǎn)單的、熟悉的、易于研究的物理模型或物理過程替代原來(lái)復(fù)雜的、陌生的物理模型或物理過程，使問題的研究和處理過程變得簡(jiǎn)單、方便．,[范例] 帶電荷量為Q的正電荷距一很大的接地金屬板的距離為a，如圖所示．試求金屬板對(duì)點(diǎn)電荷的作用力．,[名師點(diǎn)評(píng)] 根據(jù)靜電平衡的特點(diǎn)和等量異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)分 布的對(duì)稱性，用“等效替代”的思想和方法巧妙求解此類題目.把陌生的電場(chǎng)用熟悉的電場(chǎng)等效替代，基于對(duì)等量異種電荷形成的電場(chǎng)的熟練掌握和應(yīng)用.,