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

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第七節(jié) 靜電現(xiàn)象的應用,,第一章 靜電場,學習目標 1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，理解處于靜電平衡狀態(tài)導體的特性. 2.知道什么是靜電屏蔽及其有關應用. 3.知道導體上電荷的分配規(guī)律. 4.了解尖端放電現(xiàn)象.,,第一章 靜電場,一、靜電平衡狀態(tài)下導體的電場 1．靜電感應現(xiàn)象 放在電場中的導體其內(nèi)部自由電荷在___________作用下定向移動，而使導體兩端出現(xiàn)___________電荷的現(xiàn)象． 2．靜電平衡狀態(tài) 導體中(包括表面) ___________不再發(fā)生定向移動，我們就認為導體達到了靜電平衡狀態(tài)．,電場力,等量異號,自由電子,3．靜電平衡狀態(tài)下導體的特點 (1)處于靜電平衡狀態(tài)的導體，內(nèi)部的_________處處為零． (2)處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是一個___________，它的表面是一個等勢面． (3)表面處的場強不為零，表面處的場強方向跟導體表面___________． 4．導體上電荷的分布 (1)處于靜電平衡狀態(tài)的導體，內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在___________． (2)在導體表面，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．,場強,等勢體,垂直,外表面上,越大,幾乎無,[想一想] 1.處于靜電平衡狀態(tài)的導體，內(nèi)部場強為什么是 零？導體表面的電場沿什么方向？ 提示：導體在電場中發(fā)生靜電感應現(xiàn)象，感應電荷的電場與原電場疊加，使導體內(nèi)部各點的合電場為零.,導體表面電場方向與導體表面垂直.,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___________，相當于導體從尖端___________的現(xiàn)象． (2)應用和防止 應用：___________是利用尖端放電避免雷擊的一種設施． 防止：高壓設備中導體的______________會減少電能的損失.,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：當金屬外殼達到靜電平衡時，內(nèi)部________電場， 因而金屬的___________會對其內(nèi)部起__________作用，使它內(nèi)部不受___________影響的現(xiàn)象． (2)應用：電子儀器和電子設備外面都有___________，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)象消除外電場的影響．,沒有,外殼,屏蔽,外部電場,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的作用？ 提示：絕緣球殼中沒有自由電荷，當放入外電場時，不會發(fā)生靜電感應現(xiàn)象，殼內(nèi)場強也不會為零.即不能起到屏蔽外電場的作用.,1．靜電平衡實質(zhì) (1)在達到靜電平衡的過程中，外電場引起導體內(nèi)自由電荷的 定向移動使導體兩側出現(xiàn)感應電荷，感應電荷的電場和外電場方向相反，使合場強減小，隨著感應電荷的繼續(xù)增加，合場強逐漸減小，直至合場強為零，自由電荷的定向移動停止． (2)靜電平衡的條件：導體內(nèi)部的合場強為零，即E合＝0.,對靜電平衡的理解,2．靜電平衡狀態(tài)下導體的特點 (1)導體內(nèi)部某處感應電荷產(chǎn)生的場強E′與周圍原電場場強E大小相等，方向相反，兩者相互抵消，導體內(nèi)部處處合場強E合為零，但導體表面的電場強度不為零． (2)整個導體是一個等勢體，導體表面是等勢面，但電勢不一定為零． (3)電場線與導體表面垂直． 特別提醒：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．,AB是長為L的金屬桿,P1、P2是位于AB所在直線上的兩點，位置如圖所示，在P2點有一個帶電量為＋Q的點電荷，試求出金屬桿上的感應電荷在P1點產(chǎn)生的場強大小和方向． [思路探究] 處于靜電平衡的導體，內(nèi)部場強是怎樣的？,求處于靜電平衡狀態(tài)的導體感應電荷產(chǎn)生的場強的方法是：利用感應電荷產(chǎn)生的電場與外電場在導體內(nèi)部的合場強為零進行分析．,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的細桿MN，如圖所示．金屬球上感應電荷產(chǎn)生的電場 在球內(nèi)直徑上a、b、c三點的場強大小分別為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：處于靜電平衡的導體內(nèi)部場強處處為零，故a、b、c三點的場強都為零．靜電平衡在導體內(nèi)部場強為零是感應電荷 產(chǎn)生的電場與外電場疊加的結果，所以感應電荷在球內(nèi)某點 產(chǎn)生的電場的場強與MN在這一點形成的電場的場強等大、反向．比較a、b、c三點感應電場的場強，實質(zhì)上是比較帶電體MN在這三點的場強．由于c點離MN最近，故MN在c點的場強最大，感應電荷在c點場強也最大．故選C.,1．電荷分布特點 (1)凈電荷都分布在導體的表面，導體內(nèi)部沒有凈電荷． (2)感應電荷分布于導體兩端，電性相反，電量相等，遠同近異． (3)凈電荷在導體表面分布不均勻，導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．,靜電平衡導體的電荷分布及分析方法,2．電荷分布的分析方法 (1)“遠近觀”法：處于靜電平衡狀態(tài)的導體，離場源電荷較近和較遠的兩端感應出等量的異種電荷，而導體的中間部分因感應電荷較少，可認為無感應電荷產(chǎn)生，如圖甲所示．,(2)“整體觀”法：當兩個或多個原來彼此絕緣的導體接觸或用導線連接時，就可把它們看做是一個大導體，再用“遠近觀”判斷它們的帶電情況，如有些問題所提到的“用手觸摸某導體”其實就是導體通過人體與大地構成一個大導體． 不要認為導體內(nèi)部沒有電荷，用導線連接帶電體內(nèi)部時，小球Q就不帶電．其實連接后就已成為一個整體，故小球通過導線得到了電荷，如圖乙所示． 特別提醒：依據(jù)電場線和電勢高低，判定導體中電荷受力和移動方向，進一步求解靜電平衡問題，有時會起到事半功倍之效．,如圖所示,接地的金屬板右側有固定的點電荷＋Q，a、b點是金屬板右側表面的兩點，其中a到＋Q的距離較?。铝?說法正確的是( ) A．由于靜電感應，金屬板右側表面帶負電，左側表面帶正電 B．由于靜電感應，金屬板右側表面帶負電， 左側表面不帶電 C．整個導體，包括表面上的a、b點， 是一個等勢體，且電勢等于零 D．a(chǎn)、b兩點的電場強度不為零，且a、b兩點場強方向相同，但a點的場強比b點的場強要強(大)一些 [思路探究] 當導體接地時，遠端是否發(fā)生變化？,BCD,[解析] 金屬板若不接地，右側表面將有感應的負電荷，左側 表面將有感應的等量正電荷；現(xiàn)金屬板接地，正電荷通過接地導線移向大地，靜電平衡時左側表面不帶電，整個金屬板的電勢都為零，所以選項A錯誤，選項B、C正確．金屬板接地時，右側表面上仍有感應負電荷，而且a點附近的電荷面密度(單位表面積的電荷量)比b點附近的電荷面密度要大些，場強要強 (大)些，電場線也密一些；整個金屬板是等勢體，右側表面是等勢面，電場線與等勢面垂直，可見a、b兩點的場強方向都垂直指向右側面，方向相同，所以選項D也正確．故選BCD.,(1)人和大地都是導體，人和導體接觸或大地和導體接觸時，它們組成一個整體，作為一個新導體達到靜電平衡，大地變?yōu)樾聦w的遠端． (2)處于靜電平衡的導體，內(nèi)部場強為零，但電勢不一定為零.,2. 一個帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4×10－8 C的正電荷，上端開有適當小孔，有絕緣柄的金屬小球B帶有2×10－8 C的 負電荷，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項正確．故選B.,B,1．靜電屏蔽實質(zhì) 靜電屏蔽的實質(zhì)是利用了靜電感應現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應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，其實是殼內(nèi)兩種電場并 存，矢量和為零而已． 2．兩種情況 (1)導體內(nèi)空腔不受外界影響，如圖甲所示： (2)接地導體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響，如圖乙所示：,靜電屏蔽現(xiàn)象的實質(zhì),3．實現(xiàn)過程 (1)如圖甲，因場源電荷產(chǎn)生的電場與導體球殼表面上感應電荷在空腔內(nèi)的合場強為零,達到靜電平衡狀態(tài)，對內(nèi)實現(xiàn)了屏蔽. (2)如圖乙，當金屬殼接地時，外表面的感應電荷傳給地球，外部電場消失，對外起到屏蔽作用． 因此，靜電屏蔽現(xiàn)象的實質(zhì)是靜電感應現(xiàn)象和靜電平衡狀態(tài)． 特別提醒：(1)分析靜電屏蔽問題時首先要分清外殼是否接地. (2)實際應用中金屬外殼不必嚴格完全封閉，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)如圖所示，一個不帶電的導體球N，置于空心導體球M附近，現(xiàn)將另一個帶電荷量為Q的金屬球放于空腔導體M內(nèi)，則( ) A．若M接地，N上無感應電荷 B．若M不接地，且M原來不帶電，N上無感應電荷 C．若M不接地，且M原來不帶電，N上有感應電荷 D．若M不接地，且M原來帶電，N上一定有感應電荷,AC,[思路探究] 導體球M處于靜電平衡時，M外側是否有凈電 荷？M外部是否有電場？ [解析] 若M接地，空心導體球M外沒有電場，N上無感應電 荷，A正確，若M不接地，且M原來不帶電，則空心球M外有電場，N上有感應電荷，B錯誤，C正確．若M不接地，且M原來帶電，由于Q的放入，可能使空腔電荷集聚于內(nèi)表面，則N上可能有感應電荷，也可能沒有感應電荷，D錯誤．,空腔可以屏蔽外界電場，接地的空腔可以屏蔽內(nèi)部的電場，其本質(zhì)都是因為激發(fā)電場與感應電場疊加的結果，分析中應特別注意分清是哪一部分電場，還是合電場作用的結果．,3. (2014·福建三明一中高二檢測)如圖所示，將懸在絕緣細線上帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球殼B內(nèi)(與內(nèi)壁不 接觸)．外加一個水平向右的場強為E的勻強電場，對于最后 的結果，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的左端帶負電，A不偏左也不偏右,BD,解析：導體空腔處于外電場中時，由于靜電感應的作用，導體球殼的左端將感應出負電荷，右端將感應出正電荷，而導體空腔內(nèi)部完全不受外加電場的影響．故A不會偏轉，故A、C錯誤，B、D正確．故選BD.,方法技巧——“等效替代”法在靜電感應中的應用 等效替代法是科學研究中常用的思維方法之一，是物理學中處理問題的一個基本方法．等效替代法就是在保持某種效果不變的前提下，用簡單的、熟悉的、易于研究的物理模型或物理過程替代原來復雜的、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．試求金屬板對點電荷的作用力．,[名師點評] 根據(jù)靜電平衡的特點和等量異種點電荷電場分 布的對稱性，用“等效替代”的思想和方法巧妙求解此類題目.把陌生的電場用熟悉的電場等效替代，基于對等量異種電荷形成的電場的熟練掌握和應用.,