17靜電感應(yīng)的應(yīng)用（274276）

鳥 籠 的 鳥 安 然 無 恙 1.7 靜 電 現(xiàn) 象 的 應(yīng) 用 思 考（ 1） 金 屬 導(dǎo) 體 的 微 觀 結(jié) 構(gòu) 如 何 ？ 將 金 屬 導(dǎo) 體 放 入 電 場 中（ 2） 自 由 電 子 怎 樣 移 動 ？（ 5） 最 終 會 出 現(xiàn) 怎 樣 的 現(xiàn) 象 ？（ 4） 電 子 的 積 聚 會 出 現(xiàn) 怎 樣 的 結(jié) 果 ？（ 3） 自 由 電 子 會 在 什 么 地 方 積 聚 ？ 1.定 義 ： 導(dǎo) 體 中 (包 括 表 面 )沒 有 電 荷 定 向移 動 的 狀 態(tài) ,叫 做 靜 電 平 衡一 、 靜 電 平 衡 思 考 :靜 電 平 衡 的 本 質(zhì) 是 什 么 ?思 考 .導(dǎo) 體 內(nèi) 部 有 沒 有 電 荷 ?導(dǎo) 體 表 面 有 沒有 電 荷 ?導(dǎo) 體 內(nèi) 部 與 表 面 都 有 自 由 電 荷 ,但 沒 有 定向 移 動 的 電 荷 ,自 由 電 子 都 在 正 電 荷 周 圍做 無 規(guī) 則 運 動 .導(dǎo) 體 內(nèi) 電 荷 沒 有 定 向 移 動 ,原 因 是 :外 電 場與 感 應(yīng) 電 場 等 值 反 向 ,自 由 電 子 在 這 兩 種效 果 的 共 同 作 用 下 ,合 力 為 零 2.處 于 靜 電 平 衡 狀 態(tài) 的 導(dǎo) 體 的 規(guī) 律 :內(nèi) 部 場 強 處 處 為 零 .導(dǎo) 體 表 面 場 強 與 表 面 垂 直想 想 為 什 么 ?思 考 :何 為 內(nèi) 部 ? 內(nèi) 部 內(nèi) 部 3.靜 電 平 衡 的 特 點1、 處 于 靜 電 平 衡 狀 態(tài) 下 的 導(dǎo) 體 ， 內(nèi) 部的 場 強 處 處 為 零 。2、 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 。 地 球 是 一 個 極 大 的 導(dǎo) 體 ， 可 以 認為 處 于 靜 電 平 衡 狀 態(tài) ， 所 以 它 是 一 個 等 勢體 。 這 是 我 們 可 以 選 大 地 做 零 電 勢 體 的 一個 原 因 。3、 導(dǎo) 體 外 表 面 處 場 強 方 向 必 跟 該 點 的表 面 垂 直 。 例 1： 如 圖 所 示 ， 長 為 L的 導(dǎo) 體 棒 原 來不 帶 電 ， 現(xiàn) 將 一 電 量 為 Q的 點 電 荷 放 在與 棒 的 左 端 距 離 為 R的 地 方 ， 達 到 靜 電平 衡 后 ， 棒 上 的 感 應(yīng) 電 荷 在 棒 內(nèi) 中 點 O處 產(chǎn) 生 的 場 強 的 大 小 和 方 向 如 何 ？ Q OR L Q OR L解 ：根 據(jù) 點 電 荷 場 強 公 式 ： 2rkqE 21 )2( LR kQEE 感 方 向 ： 水 平 向 左21 )2( LR kQE 得 ： 方 向 ： 水 平 向 右 如 果 是 求 距 離 棒 的 左 端 或 者 右 端 處 感 應(yīng) 電 荷產(chǎn) 生 的 電 場 強 度 呢 ？ 4L Q OR L 二 、 導(dǎo) 體 上 的 電 荷 分 布 ： 結(jié) 論 : 平 衡 時 導(dǎo) 體 內(nèi) 部 沒 有 電 荷 ， 其 電 荷 只 分 布 在外 表 面 . 思 考 ：電 荷 在 導(dǎo) 體 外 表 面 的 分 布 又 是 怎 樣 的呢 ？均 勻 球 形 導(dǎo) 體 靜電平衡下，導(dǎo)體上的電荷分布：歸 納 導(dǎo) 體 內(nèi) 部 沒 有 電 荷 ， 電 荷只 分 布 在 導(dǎo) 體 的 表 面 。 在 導(dǎo) 體 表 面 。 越 尖 銳 的 位置 ， 電 荷 的 密 度 越 大 ， 凹 陷的 位 置 幾 乎 沒 有 電 荷 。 三 、 尖 端 放 電 導(dǎo) 體 尖 端 的 電 荷 密 度 很 大 ， 附 近 的 電場 特 別 強 ， 它 會 導(dǎo) 致 一 個 重 要 的 后 果 ，就 是 尖 端 放 電 。 在 強 電 場 作 用 下 ， 物 體 曲 率 大 的 地 方(如 尖 銳 、 細 小 的 頂 端 ， 彎 曲 很 厲 害 處 )附近 ， 等 電 位 面 密 ， 電 場 強 度 劇 增 ， 致 使 這里 空 氣 被 電 離 而 產(chǎn) 生 氣 體 放 電 現(xiàn) 象 ， 稱 為電 暈 放 電 而 尖 端 放 電 為 電 暈 放 電 的 一 種 ，專 指 尖 端 附 近 空 氣 電 離 而 產(chǎn) 生 氣 體 放 電 的現(xiàn) 象 應(yīng)用：避雷針 例 2： 避 雷 針 能 夠 避 免 建 筑 物 被 雷 擊 的原 因 是 （ ）A.云 層 中 帶 的 電 荷 被 避 雷 針 通 過 導(dǎo) 線 導(dǎo)入 大 地B.避 雷 針 的 尖 端 向 云 層 放 電 ， 中 和 了 云層 中 的 電 荷C.云 層 與 避 雷 針 發(fā) 生 摩 擦 ， 避 雷 針 上 產(chǎn)生 的 電 荷 被 導(dǎo) 入 大 地D.以 上 說 法 都 不 對B 四 、 靜 電 屏 蔽 靜 電 感 應(yīng) 中 ， 我 們 研 究 的 是 靜 電 場 中的 導(dǎo) 體 。 若 導(dǎo) 體 是 空 心 的 呢 ？ 導(dǎo) 體 中 的 自 由 電 子 由 于 受 到 外 加 電 場的 作 用 ， 會 沿 與 電 場 線 相 反 的 方 向 運 動 。 直 到 自 由 電 子 運 動到 圓 環(huán) 左 側(cè) ， 其 積 累的 電 荷 量 產(chǎn) 生 的 電 場與 靜 電 場 的 電 場 強 度相 等 ,即 達 到 靜 電 平 衡狀 態(tài) 。 達 到 靜 電 平 衡 后 ， 帶 空 腔 的 內(nèi) 部 場 強處 處 為 零 ， 電 荷 分 布 在 導(dǎo) 體 的 外 表 面 ， 導(dǎo)體 內(nèi) 部 無 電 荷 分 布 ， 即 導(dǎo) 體 殼 內(nèi) 空 腔 里 的場 強 處 處 為 零 。 也 就 是 說 無 論 導(dǎo) 體 是 什 么樣 的 ， 導(dǎo) 體 內(nèi) 部 都 不 會 有 場 強 。 由 于 靜 電 感 應(yīng) ， 當 驗 電 器 接 近 帶 點 的 金 屬 球 時 ，驗 電 器 的 金 屬 箔 會 張 開 。 但 是 驗 電 器 外 側(cè) 有 金 屬 罩時 ， 驗 電 器 的 張 角 并 未 發(fā) 生 變 化 。觀 察以 下 兩 種 情 況 下 驗 電 器 張 角 的 變 化 情 況 ： 一 個 不 接 地 的 金 屬 網(wǎng) 罩 （ 或 金 屬 包 皮 ） 能 把外 電 場 遮 住 ， 使 內(nèi) 部 不 受 外 電 場 影 響 ， 這 就 是靜 電 外 屏 蔽 。 一 個 接 地 的 金 屬 網(wǎng) 罩 能 同 時 把 內(nèi)外 電 場 遮 住 ， 使 內(nèi) 部 不 受 外 電 場 影 響 ， 外 部 不受 內(nèi) 電 場 影 響 ， 這 叫 做 靜 電 全 屏 蔽 。由此可以推倒出靜電屏蔽的概念： 把 一 個 實 心 導(dǎo) 體 挖 空 ， 變 成 一 個 導(dǎo) 體 殼 ， 在靜 電 平 衡 狀 態(tài) 下 ， 殼 內(nèi) 的 場 強 處 處 為 零 。 這 樣 ，導(dǎo) 體 殼 就 可 以 保 護 它 所 包 圍 的 區(qū) 域 ， 使 這 個 區(qū) 域不 受 外 部 電 場 的 影 響 ， 這 種 現(xiàn) 象 叫 做 靜 電 屏 蔽 。 空 腔 導(dǎo) 體 接地 時 ， 在 空 腔 導(dǎo)體 的 靜 電 荷 形 成的 電 場 。 靜 電 荷 處 于空 腔 導(dǎo) 體 中 形 成的 電 場 。 靜電屏蔽的應(yīng)用 靜電屏蔽的應(yīng)用 如 圖 所 示 ， 在 一 個 原 來 不 帶 電 的 金 屬 球 殼 的球 心 處 放 一 帶 電 的 帶 電 體 ， A、 B分 別 是 球 殼 內(nèi) 外的 兩 點 ， C是 金 屬 內(nèi) 部 一 點 ， 其 電 場 情 況 是 （ ）0,0,0 CBA EEE 0,0,0 CBA EEE 0,0,0 CBA EEE 0,0,0 CBA EEE BAC B如 果 將 球 殼 外 部 用 一 導(dǎo) 線 與 大 地 相 連 呢 ？A 如 圖 所 示 ， 在 一 個 原 來 不 帶 電 的 金 屬 球 殼 的球 心 處 放 一 帶 電 的 帶 電 體 ， A、 B分 別 是 球 殼 內(nèi) 外的 兩 點 ， C是 金 屬 內(nèi) 部 一 點 ， 其 電 場 情 況 是 （ ）0,0,0 CBA EEEA： 0,0,0 CBA EEEB： 0,0,0 CBA EEEC： 0,0,0 CBA EEED： BAC B如 果 將 球 殼 外 部 用 一 導(dǎo) 線 與 大 地 相 連 呢 ？A A B A BC 練 習 1、 如 圖 ， 空 心 導(dǎo) 體 一 方 有 一 靠 近 的 帶 有 正電 的 帶 電 體 ， 當 一 個 重 力 不 計 的 正 電 荷 以 速 度 V水 平 飛 入 空 心 導(dǎo) 體 內(nèi) 時 ， 電 荷 將 做 （ ）A、 向 上 偏 轉(zhuǎn) 的 類 似 平 拋 運 動B、 向 下 偏 轉(zhuǎn) 的 類 似 平 拋 運 動C、 勻 速 直 線 運 動D、 變 速 直 線 運 動 C +qV+Q 2、 一 帶 正 電 的 絕 緣 金 屬 球 殼 A頂 部 開 孔 ， 有 兩只 帶 正 電 的 金 屬 球 B、 C用 金 屬 電 線 連 接 ， 讓 B球 置 于 球 殼 A的 空 腔 中 ， 與 內(nèi) 表 面 接 觸 后 又 提起 到 如 圖 所 示 位 置 ， C球 放 在 A球 殼 外 離 A球 較遠 的 位 置 。 待 靜 電 平 衡 后 ， 下 列 說 法 正 確 的 是（ ）A. B、 C球 都 帶 電B .B球 不 帶 電 ， C球 帶 電C .讓 C 球 接 地 后 ， B球 帶 負 電D.C球 接 地 后 ， A球 殼 空 腔 中 場 強 為 零 。B CABC