高中物理 第1章 靜電場 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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第7節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 教師參考 一 教學目標知識與技能1 知道靜電感應(yīng)產(chǎn)生的原因 理解什么是靜電平衡狀態(tài)2 理解靜電平衡時 電荷只分布在導(dǎo)體表面且內(nèi)部場強處處為零3 知道靜電屏蔽及其應(yīng)用過程與方法通過分析靜電感應(yīng)產(chǎn)生的原因 使學生理解靜電平衡狀態(tài)情感態(tài)度與價值觀通過本節(jié)的學習 使學生關(guān)心自然現(xiàn)象 并利用所學知識適應(yīng)自然 利用自然規(guī)律為社會服務(wù) 二 教學重點難點教學重點靜電平衡狀態(tài)電場中導(dǎo)體的特點教學難點分析靜電屏蔽的特點 三 重難點突破方略靜電平衡狀態(tài)的突破方略 情境設(shè)置 如圖 甲 所示 在電場強度為E0的電場中 放入一個不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD 導(dǎo)體內(nèi)存在自由電子 思考與討論1 電場對自由電子會有哪些影響 教師暫不提問 放開讓學生自由發(fā)揮演講 最后 教師對照圖 乙 和 丙 從以下幾方面整理思維過程 1 自由電子在電場中一定受到什么力的作用 2 它將向著什么方向移動 3 最終會移動到哪個位置 4 導(dǎo)體的AB面上將聚集什么電荷 CD面上將聚集什么電荷 答案 1 自由電子受到靜電力的作用 方向向左 2 將向著與電場相反的方向定向移動 即向左運動 3 最終會運動到導(dǎo)體的AB面上 4 導(dǎo)體的AB面上聚集負電荷 CD面上聚集正電荷 思考與討論2 導(dǎo)體兩面聚集的正負電荷對導(dǎo)體內(nèi)部空間的電場會有哪些影響 教師暫不提問 放開讓學生自由發(fā)揮演講 最后 教師對照圖 丙 和 丁 從以下幾方面整理思維過程 1 導(dǎo)體兩面聚集的正負電荷會產(chǎn)生怎樣新的電場E 不斷聚集的正負電荷會使新電場E 的大小如何變化 E 與E0疊加的矢量和是增強還是減弱 2 新電場E 的大小會超過E0嗎 自由電子會永遠向左移動嗎 最終 導(dǎo)體內(nèi)部各點的合電場大小為多少 答案 1 聚集的正負電荷產(chǎn)生與E0方向相反的新電場E E 是增大的 E 與E0疊加的矢量和是減弱的 2 E 的大小不會超過E0 自由電子不會永遠向左移動 導(dǎo)體內(nèi)部各點的合電場最終為零 教師總結(jié) 當導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動時 導(dǎo)體達到靜電平衡狀態(tài) 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 內(nèi)部的場強處處為零 自主學習 課堂探究 達標測評 自主學習課前預(yù)習 感悟新知 教師參考 情境鏈接一靜電除塵器霧霾天氣嚴重影響人們的身體健康 靜電除塵器用于粉塵較多的各種場所 能除去有害的微粒 或者回收物資 靜電除塵器的放電電極為負極 集塵電極為正極 靜電除塵器的強電場使煙氣發(fā)生電離 粉塵在電場作用下與氣流分離 電場的大小與離電極的遠近有什么樣的關(guān)系 被電離后的粉塵將吸附在哪個電極上 信息1 距電極越近 場強越大 2 粉塵帶上負電荷 將被吸附在正電極上 情境鏈接二揭秘魔術(shù)師如何單挑百萬伏電壓美國魔術(shù)大師大衛(wèi) 布萊恩曾經(jīng)用100萬伏電壓對自己持續(xù)電擊3天3夜 再次挑戰(zhàn)了人類極限 在平時 插電源時偶爾冒出的一點火星 這也足以讓我們膽戰(zhàn)心驚 而魔術(shù)大師究竟是如何抵御這樣的超強電擊的呢 原來表演中魔術(shù)師穿著防護服 這是他能抵抗百萬伏電壓的關(guān)鍵所在 思考以下問題 你能得到什么信息 防護服是讓電流通過人體 還是把電流安全地引入大地 這個防護服很可能是金屬制作的 還是絕緣體制作的 信息防護服是把電流安全地引入大地 防護服是金屬制作的 金屬沙網(wǎng)形狀 起到屏蔽電場的作用 確保防護服中的人體處于場強為零的狀態(tài) 場強為零 自然沒有電荷的移動 人體也就處于安全環(huán)境中了 教材梳理 一 靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場 1 閱讀教材第24 25頁 靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場 知道其特點 2 分析教材第24頁圖1 7 1 體會靜電平衡狀態(tài)的形成過程 1 靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體在電場中發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象 導(dǎo)體兩面出現(xiàn)正負電荷 感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與原電場疊加 使導(dǎo)體內(nèi)部各點的合電場 導(dǎo)體內(nèi) 包括表面 不再發(fā)生定向移動的狀態(tài) 2 靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 內(nèi)部的電場 2 處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個 它的表面是個等勢面 3 表面處的場強不為零 表面處的場強方向跟導(dǎo)體表面 等于0 自由電子 處處為0 等勢體 垂直 想一想處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體 內(nèi)部的電場處處為0 是不是外部的電場也為0 答案 不是 外部有原來的電場 二 導(dǎo)體上電荷的分布閱讀教材第25頁 導(dǎo)體上電荷的分布 部分 大致說出分布的兩個特點 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)體外表面 越尖銳的位置電荷的密度 單位面積的電荷量 的位置幾乎沒有電荷 想一想若沒有外部電場 導(dǎo)體上的電荷也只分布在導(dǎo)體的表面嗎 答案 是的 由于同種電荷間的排斥 所有電荷都會被 擠 到外表面 導(dǎo)體的外表面 越大 凹陷 三 尖端放電和靜電屏蔽 1 閱讀教材第25 26頁 尖端放電 部分 知道尖端放電的原理 能說出幾種應(yīng)用 2 閱讀教材第26 27頁 靜電屏蔽 部分 知道靜電屏蔽的原理 能說出幾種應(yīng)用 電離 電離 中和 內(nèi)部 內(nèi)部 內(nèi)部 避雷針 光滑 自主檢測 答案 1 2 3 4 5 1 思考判斷 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部任意兩點間的電勢差為零 2 靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零 導(dǎo)體的電勢也為零 3 處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部的自由電荷靜止不動 4 避雷針能避免建筑物被雷擊是因為云層中帶的電荷被避雷針通過導(dǎo)線導(dǎo)入大地 5 用金屬網(wǎng)把驗電器罩起來 再使帶電金屬球靠近驗電器 則驗電器箔片能張開 D 解析 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時 其內(nèi)部既有正電荷 也有負電荷 正 負電荷總量相等 導(dǎo)體表面處有電荷 表面處電場不為零 由于感應(yīng)電荷形成的電場與原來電場疊加 使導(dǎo)體內(nèi)部場強為零 故選項D正確 2 對于處在靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 以下說法中正確的是 A 導(dǎo)體內(nèi)部既無正電荷 又無負電荷B 導(dǎo)體內(nèi)部和外表面處的電場均為零C 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時 導(dǎo)體表面的電荷代數(shù)和為零D 導(dǎo)體內(nèi)部場強為零是外加電場與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場疊加的結(jié)果 D 3 一個帶電金屬球 當它帶的電荷量增加后 穩(wěn)定 其內(nèi)部場強 A 一定增大B 一定減小C 可能增大也可能減小D 為零 解析 帶電金屬球電荷量增加 處于穩(wěn)定后為靜電平衡狀態(tài) 其內(nèi)部場強一定為零 故選項D正確 課堂探究核心導(dǎo)學 要點探究 要點一 問題導(dǎo)引 如圖所示 把一個不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場中 導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動 從而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號 1 自由電子定向移動的原因是什么 定向移動的方向如何 2 自由電子能否一直定向移動 為什么 答案 1 自由電子受外加電場的靜電力作用而移動 向著與電場相反的方向定向移動 2 不能 感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與外加電場反向 阻礙電子的定向移動 當這兩個電場大小相等時 電子的定向移動終止 對導(dǎo)體的靜電平衡的理解 要點歸納 1 靜電平衡的實質(zhì) 金屬導(dǎo)體放到場強為E0的電場中 金屬中的自由電荷在靜電力作用下定向移動導(dǎo)致導(dǎo)體一側(cè)聚集負電荷 而另一側(cè)聚集正電荷 感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生與原電場方向相反的電場 導(dǎo)致合場強減小 當感應(yīng)電荷繼續(xù)增加 合場強逐漸減小 合場強為零時 自由電荷的定向移動停止 2 對靜電平衡的三點理解 1 靜電平衡是自由電荷發(fā)生定向移動的結(jié)果 達到靜電平衡時 自由電荷不再發(fā)生定向移動 2 金屬導(dǎo)體建立靜電平衡的時間是非常短暫的 3 導(dǎo)體達到靜電平衡后內(nèi)部場強處處為零 是指外電場E與導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場E 的合場強為零 E E D 思路探究 1 感應(yīng)起電中 不帶電的導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子靠近或遠離帶電體 是因為受到什么力作用而定向移動的 靠近帶電體的一端會帶哪一種電荷 答案 自由電子受到同種電荷的斥力 或異種電荷的引力而定向移動的 靠近帶電體的一端會帶異種電荷 2 靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的內(nèi)部場強處處為零 是哪幾個場強疊加的結(jié)果 答案 是帶電體形成的電場和導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)的電場疊加的結(jié)果 例1 如圖所示 一個不帶電的表面絕緣的導(dǎo)體P正在向帶正電的小球Q緩慢靠近 但不接觸 也沒有發(fā)生放電現(xiàn)象 則下列說法中正確的是 A B端的感應(yīng)電荷為負電荷B 導(dǎo)體P內(nèi)部場強越來越大C C點的電勢高于B點電勢D 導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在C點產(chǎn)生的場強始終大于在B點產(chǎn)生的場強 解析 導(dǎo)體P處在正電荷的電場中 由于靜電感應(yīng)現(xiàn)象 導(dǎo)體的右端B帶正電荷 導(dǎo)體的左端C帶負電荷 故選項A錯誤 處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場強為零 故選項B錯誤 導(dǎo)體P緩慢靠近Q 時刻處于靜電平衡狀態(tài) 由其特性知 B C電勢相等 故選項C錯誤 在C點和B點的電場由導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場和帶正電的小球Q產(chǎn)生的電場共同作用的結(jié)果 并且為0 帶正電的小球Q在C點的場強大于B點的場強 所以導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在C點產(chǎn)生的場強始終大于在B點產(chǎn)生的場強 故選項D正確 規(guī)律方法 如圖所示 金屬導(dǎo)體中自由電子受到導(dǎo)體周圍電場的靜電力作用后向左移動 在右側(cè)出現(xiàn)正電荷 這種現(xiàn)象就是靜電感應(yīng)現(xiàn)象 導(dǎo)體兩側(cè)正 負電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生與原電場反向的電場 因與原來的電場反向 疊加的結(jié)果是使原電場強度逐漸減弱 直至導(dǎo)體內(nèi)部各點的合電場強度等于零為止 此時導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動 導(dǎo)體達到了靜電平衡狀態(tài) 電場中導(dǎo)體平衡狀態(tài)的形成 教師備用 變式1 例1中當P緩慢靠近Q時 導(dǎo)體中某點感應(yīng)電荷形成的電場場強 填 變大 變小 或 不變 導(dǎo)體的電勢 填 升高 降低 或 不變 解析 當P緩慢靠近Q時 Q在導(dǎo)體中的某點的場強變大 由靜電平衡特點可知 感應(yīng)電荷形成電場場強變大 由于越靠近小球Q電勢越高 因此 導(dǎo)體P的電勢升高 答案 變大升高 變式2 在例1中 設(shè)帶正電小球Q的電荷量為q 導(dǎo)體P中的C點與小球Q的距離為L時 導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在C點產(chǎn)生的場強為 方向 例1 1 如圖所示 長為L的金屬桿原來不帶電 在距其左端r處放一個電荷量為q的點電荷 問 1 金屬桿中點處的場強為多少 2 金屬桿上的感應(yīng)電荷在桿中點P處產(chǎn)生的場強 解析 1 金屬桿處于靜電平衡時內(nèi)部場強處處為0 故金屬桿中點處場強為0 B 解析 枕形導(dǎo)體達到靜電平衡后整個導(dǎo)體是個等勢體 內(nèi)部場強處處為零 選項A C正確 B錯誤 感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部c d兩點產(chǎn)生的場強與場源電荷Q在該兩點產(chǎn)生的場強大小相等方向相反 故感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部c d兩點產(chǎn)生的場強大小關(guān)系是Ec Ed 0 選項D正確 要點二 靜電屏蔽 問題導(dǎo)引 如圖 a 所示 使帶電的金屬球靠近驗電器 驗電器的箔片張開 如果事先用金屬網(wǎng)罩把驗電器罩住 如圖 b 所示 驗電器的箔片就不張開 即使把驗電器和金屬網(wǎng)罩連接起來 箔片也不張開 一封閉的導(dǎo)體殼內(nèi)部空間某點有一點電荷 q 導(dǎo)體殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷 其電場線如圖 c 所示 當把導(dǎo)體殼接地后 q在殼內(nèi)的電場對殼外空間就沒有影響了 如圖 d 所示 上述現(xiàn)象說明了什么 答案 金屬網(wǎng)罩 或金屬球殼 能夠屏蔽電場 使外界電場對其內(nèi)部不產(chǎn)生影響 接地的金屬球殼能夠使內(nèi)部電場對外不產(chǎn)生影響 例2 將懸掛在細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 另有一懸掛在細線上的帶負電的小球B向C靠近 如圖所示 于是有 A A向左偏離豎直方向 B向右偏離豎直方向B A的位置不變 B向右偏離豎直方向C A向左偏離豎直方向 B的位置不變D A和B的位置都不變 思路探究 1 金屬球殼C內(nèi) 外表面是否有電荷 答案 球殼C處在帶電小球A的電場中 由于靜電感應(yīng) 球殼內(nèi) 外表面分別帶負 正電荷 2 帶負電的小球B會受到帶電小球A的電場作用嗎 答案 帶電小球A在球殼內(nèi) 外有電場 小球B一定受該電場的作用 B 解析 因為金屬球殼C沒有接地 所以C的內(nèi)部電場可以影響外部 即A球通過C外壁上的感應(yīng)電荷在B球處激發(fā)電場 所以B球受到向右的作用力 要維持B球的平衡 懸掛B球的細線必須向右偏離豎直方向 又因為球殼外部的電場影響不到球殼內(nèi)部 因此A球不受B球電場的作用力 只受到C的內(nèi)壁感應(yīng)負電荷的作用力 對稱平衡 所以懸掛的A球的位置不變 故選項B正確 規(guī)律方法解決靜電屏蔽問題的思路對靜電屏蔽問題的分析 關(guān)鍵是抓住靜電感應(yīng)現(xiàn)象的特點 認識到感應(yīng)電荷的分布 具體問題具體分析 教師備用 變式 如果將球殼C接地 正確選項為 此題選項為例2中選項 解析 由于球殼C的屏蔽作用 B球的電場對A球不產(chǎn)生影響 A球懸線處于豎直 當球殼C接地后 其內(nèi)A球的電場對球殼外不產(chǎn)生影響 因此B球懸線也處于豎直 故選項D正確 D D 例2 1 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 互不影響 旁邊各放一個不帶電的金屬球P和R 當將帶正電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 當將帶正電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) 使左端帶負電 右端帶正電 故選項D正確 B 針對訓(xùn)練2 如圖所示 A為空心金屬球 B為靠近A的一個不帶電的枕形金屬殼 將另一個帶正電的小球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 遠離A的另一端帶負電B 靠近A的一端帶負電 遠離A的另一端帶正電C 靠近A的一端帶負電 遠離A的另一端不帶電D 靠近A的一端帶正電 遠離A的另一端不帶電 解析 小球C的電場在A球的內(nèi)外表面分別感應(yīng)出負 正電荷 A C球相當于一個帶正電的球 根據(jù) 近異遠同 的特點 靠近A的一端帶負電 遠離A的另一端帶正電 故選項B正確 教師參考 教材探究 教材P26演示實驗中使金屬小球D與帶電空心金屬球C內(nèi)表面接觸后再與A金屬球接觸 A的箔片并不張開 這一現(xiàn)象說明什么問題 答案 靜電平衡時 電荷只分布在導(dǎo)體的外表面 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷 達標測評隨堂演練 檢測效果 D 1 對于電場中處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 下列分析不正確的是 A 導(dǎo)體內(nèi)部的場強處處為零B 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷 電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上C 導(dǎo)體內(nèi)部場強是外電場與感應(yīng)電荷電場疊加后的合場強 其大小為零D 處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子不再運動 解析 由處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點知 選項A B C正確 處于靜電平衡時導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子不做定向移動 但仍在做無規(guī)則的熱運動 故選項D錯誤 解析 A D中不會張開 金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場 B中會張開 因為金屬網(wǎng)未接地 網(wǎng)內(nèi)的帶電體可以對外界產(chǎn)生影響 C中不會張開 因為金屬網(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 故選項B正確 2 下列實驗中 驗電器的金屬箔片會張開的是 B ACD 3 多選 下列屬于預(yù)防靜電危害的做法是 A 在高大的建筑物頂端安裝避雷針B 水泥廠利用靜電除去廢氣中的粉塵C 在制造輪胎的橡膠中添加導(dǎo)電材料D 行駛中的油罐車尾帶一條拖地的鐵鏈 解析 當打雷的時候 由于靜電感應(yīng) 在高大的建筑物頂端積累了很多的靜電 容易導(dǎo)致雷擊事故 所以在高大的建筑物頂端安裝避雷針可以保護建筑物的安全 所以選項A正確 水泥廠利用靜電除去廢氣中的粉塵 這是靜電的應(yīng)用 所以選項B錯誤 由于車的運動 輪胎和地面之間會產(chǎn)生靜電 在制造輪胎的橡膠中添加導(dǎo)電材料可以及時把產(chǎn)生的靜電導(dǎo)走 所以選項C正確 油罐車在運動的過程中 由于里面的油在晃動 也會摩擦產(chǎn)生靜電 后面拖一條鐵鏈就可以及時把產(chǎn)生的靜電導(dǎo)走 所以選項D正確 C 教師參考 課堂小結(jié) 謝謝觀賞