2019春高中物理 第1章 静电场 7 静电现象的应用课件 新人教版选修3-1

物 理选修选修3-1 人教版人教版第一章静电场静电场7静电现象的应用静电现象的应用理解静理解静电电平衡状平衡状态态及特点及特点知道静知道静电电平衡平衡时导时导体上体上电电荷的分布特点荷的分布特点了解生活中的静了解生活中的静电现电现象及象及应应用用1 1课课前前预预习习2 2课课内内探探究究3 3素素养养提提升升4 4课课堂堂达达标标5 5课课时时作作业业课课 前前 预预 习习1静电感应现象静电感应现象处处于于电电场场中中的的导导体体，由由于于_的的作作用用，电电荷荷出出现现_的的现象。现象。2静电平衡状态静电平衡状态导体中导体中(包括表面上包括表面上)没有电荷没有电荷_的状态。的状态。静电平衡状态静电平衡状态电场力电场力重新分布重新分布定向移动定向移动3静电平衡状态的特征静电平衡状态的特征(1)处于静电平衡状态的导体，内部的场强处于静电平衡状态的导体，内部的场强_。(2)处处于于静静电电平平衡衡状状态态的的导导体体，外外部部表表面面附附近近任任何何一一点点的的场场强强方方向向必必跟跟该该点点的表面的表面_。(3)处处于于静静电电平平衡衡状状态态的的整整个个导导体体是是个个_，导导体体的的表表面面为为_。处处为零处处为零垂直垂直等势体等势体等势面等势面1处处于于静静电电平平衡衡状状态态的的导导体体内内部部没没有有电电荷荷，电电荷荷只只分分布布在在导导体体的的_。2在在导导体体表表面面，越越尖尖锐锐的的位位置置，电电荷荷的的密密度度(单单位位面面积积的的电电荷荷量量)_，凹陷的位置，凹陷的位置_电荷。电荷。导体上电荷的分布导体上电荷的分布外表面上外表面上越大越大几乎没有几乎没有1电离电离在在导导体体尖尖端端强强电电场场的的作作用用下下，使使空空气气分分子子中中的的_分分离离，这这种种现现象叫做空气的电离。象叫做空气的电离。2尖端放电尖端放电由由于于导导体体尖尖端端的的_很很大大，其其附附近近电电场场_，使使周周围围中中性性空空气气分分子子电电离离，变变成成带带电电离离子子，这这些些带带电电粒粒子子在在强强电电场场加加速速下下，会会使使更更多多的的空空气气分分子子电电离离，产产生生大大量量的的_，与与导导体体尖尖端端的的电电荷荷符符号号相相反反的的粒粒子子被被 _到到 尖尖 端端，跟跟 尖尖 端端 上上 的的 电电 荷荷 _，这这 相相 当当 于于 尖尖 端端_电荷，这个现象叫尖端放电。电荷，这个现象叫尖端放电。尖端放电尖端放电正负电荷正负电荷电荷密度电荷密度很强很强带电粒子带电粒子吸引吸引中和中和失去失去3应用和防止应用和防止(1)应用：应用：_是利用尖端放电避免雷击的一种设施。是利用尖端放电避免雷击的一种设施。(2)防止：高压设备中导体的防止：高压设备中导体的_会减少电能的损失。会减少电能的损失。避雷针避雷针表面尽量光滑表面尽量光滑1定义定义当当金金属属外外壳壳达达到到静静电电平平衡衡时时，内内部部_电电场场，因因而而金金属属的的外外壳壳会会对对其其_起保护作用，使它起保护作用，使它_不受不受_影响的现象。影响的现象。2应用应用电电学学仪仪器器外外面面有有_，野野外外高高压压线线上上方方还还有有_与与大大地地相连，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。相连，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。静电屏蔽静电屏蔽没有没有内部内部内部内部外部电场外部电场金属壳金属壳两条导线两条导线判一判判一判(1)静电平衡时，导体内的自由电子不再运动。静电平衡时，导体内的自由电子不再运动。()(2)静电平衡时，导体内部场强为零。静电平衡时，导体内部场强为零。()(3)静电平衡时，导体电势为零。静电平衡时，导体电势为零。()(4)静静电电平平衡衡时时，导导体体内内部部表表现现为为电电中中性性。电电荷荷都都分分布布在在外外表表面面，导导体体内内部部没有净电荷。没有净电荷。()(5)一一个个孤孤立立的的带带电电体体，在在自自身身所所带带电电荷荷的的电电场场中中，处处于于静静电电平平衡衡状状态态，不不具有静电平衡的特点。具有静电平衡的特点。()选一选选一选(多多选选)夏夏季季，在在雷雷云云形形成成的的过过程程中中，由由于于摩摩擦擦起起电电一一些些云云层层带带正正电电，另另一一些些云云层层带带负负电电，它它们们对对大大地地的的静静电电感感应应使使地地面面产产生生异异种种电电荷荷。当当云云层层与与云云层层间间或或云云层层与与地地面面间间的的“电电势势差差”达达到到几几万万伏伏以以上上时时，空空气气被被击击穿穿，暴暴发发电电闪闪雷雷鸣鸣。假如在户外我们遭遇雷电，下列防雷措施可行的是假如在户外我们遭遇雷电，下列防雷措施可行的是()A在大树下避雷雨在大树下避雷雨B停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨C不要快速开摩托、快骑自行车和在雨中狂奔不要快速开摩托、快骑自行车和在雨中狂奔D在空旷地带，最好关掉手机电源在空旷地带，最好关掉手机电源CD 解解析析：表表面面具具有有突突出出尖尖端端的的导导体体，在在尖尖端端的的电电荷荷分分布布密密度度很很大大，使使得得其其周周围围电电场场很很强强，就就可可能能使使其其周周围围的的空空气气发发生生电电离离而而引引发发尖尖端端放放电电。因因此此不不要要在在大大树树下下避避雨雨；别别停停留留在在山山顶顶、山山脊脊的的凉凉亭亭等等地地方方；快快速速开开摩摩托托、快快骑骑自自行行车车和和在在雨雨中中狂狂奔奔，身身体体的的跨跨步步越越大大，电电压压就就越越大大，雷雷电电也也越越容容易易伤伤人人；在在空空旷旷地地带带使使用手机通话，手机很有可能成为闪电的放电对象。用手机通话，手机很有可能成为闪电的放电对象。想一想想一想你你知知道道家家用用电电视视机机、收收音音机机外外壳壳的的制制作作材材料料为为何何一一般般是是塑塑料料，而而不不用用金金属属的主要原因吗？的主要原因吗？解解析析：若若用用金金属属制制作作家家用用电电视视机机、收收音音机机外外壳壳，用用电电器器的的金金属属外外壳壳就就形形成成静静电电屏屏蔽蔽，电电磁磁信信号号就就难难以以被被电电视视机机、收收音音机机这这类类电电磁磁波波接接收收器器接接收收，电电视视机机、收音机就不能正常工作。收音机就不能正常工作。课课 内内 探探 究究如如图图所所示示，当当一一个个带带电电体体靠靠近近不不带带电电导导体体时时，由由于于导导体体内内的的自自由由电电子子受受到到静静电电力力的的作作用用，将将向向着着与与电电场场相相反反的的方方向向定定向向移移动动，从从而而使使导导体体两两端端出出现现等等量量异种电荷，这就是前面学习的静电感应现象。异种电荷，这就是前面学习的静电感应现象。(1)这种定向移动是无休止的吗？这种定向移动是无休止的吗？(2)电荷的移动对导体内部的电场有影响吗？电荷的移动对导体内部的电场有影响吗？(3)你能在图中画出等势面吗？你能在图中画出等势面吗？提示：提示：(1)不是不是(2)有有(3)能能(图略图略)探究一对静电平衡及其特点的理解探究一对静电平衡及其特点的理解11静电平衡实质静电平衡实质(1)在在达达到到静静电电平平衡衡的的过过程程中中，外外电电场场引引起起导导体体内内自自由由电电荷荷的的定定向向移移动动使使导导体体两两侧侧出出现现感感应应电电荷荷，感感应应电电荷荷的的电电场场和和外外电电场场方方向向相相反反，使使合合场场强强减减小小，随随着着感感应应电电荷荷的的继继续续增增加加，合合场场强强逐逐渐渐减减小小，直直至至合合场场强强为为零零，自自由由电电荷荷的的定定向向移动停止。移动停止。(2)静电平衡的条件：导体内部的合场强为零，即静电平衡的条件：导体内部的合场强为零，即E合合0。特特别别提提醒醒：(1)一一个个孤孤立立的的带带电电体体，在在自自身身所所带带电电荷荷的的电电场场中中，处处于于静静电电平平衡状态，具有静电平衡的所有特点。衡状态，具有静电平衡的所有特点。(2)人人与与大大地地都都是是导导体体，在在人人摸摸(触触)导导体体的的过过程程中中，带带电电体体、人人、大大地地组组成成一个新导体，达到静电平衡状态。一个新导体，达到静电平衡状态。BCD A由由于于静静电电感感应应，金金属属板板右右侧侧表表面面带带负负电电，左左侧侧表表面面带正电带正电B由由于于静静电电感感应应，金金属属板板右右侧侧表表面面带带负负电电，左左侧侧表表面面不带电不带电C整整个个导导体体，包包括括表表面面上上的的a、b两两点点，是是一一个个等等势势体体，且电势等于零且电势等于零Da、b两点的两点的电场电场强强度不度不为为零，且零，且a、b两点两点场场强强方向相同方向相同解解题题指指导导：正正确确理理解解处处于于静静电电平平衡衡状状态态的的导导体体的的特特点点是是处处理理此此类类问问题题的的关关键。键。解解析析：金金属属板板左左侧侧接接地地，金金属属板板与与地地球球形形成成了了一一个个导导体体，金金属属板板相相当当于于近近端端，而而地地球球相相当当于于远远端端，根根据据感感应应电电荷荷“近近异异远远同同”的的分分布布特特点点，A错错，B对对；由由处处于于静静电电平平衡衡状状态态导导体体的的特特点点可可知知，a、b两两点点电电势势相相等等，接接地地后后电电势势等等于于零零，C对对；金金属属板板是是一一个个等等势势体体，电电场场线线垂垂直直于于金金属属板板表表面面向向左左，所所以以a、b两两点点的的场场强方向相同，强方向相同，D对。对。对对点点训训练练1(多多选选)(2016浙浙江江宁宁波波镇镇海海中中学学高高二二上上学学期期期期中中)如如图图所所示示，在在水水平平放放置置的的光光滑滑接接地地金金属属板板中中点点的的正正上上方方，有有带带正正电电的的点点电电荷荷Q，一一表表面面绝绝缘缘带带正正电电的的金金属属球球(可可视视为为质质点点，且且不不影影响响原原电电场场)自自左左以以速速度度v0开开始始在在金金属属板板上上向向右运动，在运动过程中右运动，在运动过程中()A小球做先减速后加速运动小球做先减速后加速运动B小球做匀速直线运动小球做匀速直线运动C点电荷点电荷Q对小球的库仑力不做功对小球的库仑力不做功D电场力对小球先做正功后做负功电场力对小球先做正功后做负功BC 解解析析：金金属属板板在在Q的的电电场场中中达达到到静静电电平平衡衡时时，金金属属板板是是一一个个等等势势体体，表表面面是是一一个个等等势势面面，表表面面的的电电场场线线与与表表面面垂垂直直，小小球球所所受受电电场场力力与与金金属属板板表表面面垂垂直直，在在金金属属板板上上向向右右运运动动的的过过程程中中，电电场场力力方方向向与与位位移移方方向向垂垂直直，对对小小球球不不做做功功，根根据据动动能能定定理理得得知知，小小球球的的动动能能不不变变，速速度度不不变变，所所以以小小球球做做匀匀速速直直线线运运动动，故选故选BC。飞飞机机在在云云层层与与云云层层之之间间飞飞行行或或起起飞飞、着着陆陆时时都都有有可可能能遭遭遇遇雷雷击击。但但是是当当飞飞机机遭遭遇遇雷雷击击时时，电电流流可可以以从从雷雷电电云云达达到到飞飞机机头头部部，纵纵向向流流过过机机身身外外壳壳，最最后后从从机机尾尾凌凌空空打打到到地地上上或或从从其其中中一一机机翼翼打打过过另另一一机机翼翼，横横向向流流过过机机身身，但但不不管管怎怎样样，闪闪电电都都只只会会沿沿着着飞飞机机外外壳壳流流过过，而而不不会会进进入入机机内内对对乘客造成伤害，你知道这是为什么吗？乘客造成伤害，你知道这是为什么吗？提提示示：飞飞机机外外壳壳是是金金属属材材料料的的，它它会会在在雷雷击击时时形形成成静静电屏蔽，保护飞机内的乘客。电屏蔽，保护飞机内的乘客。探究二对静电屏蔽的理解探究二对静电屏蔽的理解21静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质静静电电屏屏蔽蔽实实质质是是利利用用了了静静电电感感应应现现象象，使使金金属属壳壳内内的的感感应应电电荷荷的的电电场场和和外外加加电电场场矢矢量量和和为为零零，好好像像是是金金属属壳壳将将外外电电场场“挡挡”在在外外面面，即即所所谓谓的的屏屏蔽蔽作作用用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零而已。其实是壳内两种电场并存，矢量和为零而已。2静电屏蔽的两种情况静电屏蔽的两种情况(1)金属壳内部不受外部影响金属壳内部不受外部影响如如图图：把把验验电电器器靠靠近近带带电电体体，箔箔片片会会张张开开，但但如如果果把把验验电电器器置置于于金金属属网网罩罩内，再靠近带电体，箔片不再张开，说明网罩内不受外电场的影响。内，再靠近带电体，箔片不再张开，说明网罩内不受外电场的影响。(2)接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响如如一一封封闭闭的的导导体体壳壳内内部部空空间间某某点点有有一一点点电电荷荷q。由由于于静静电电感感应应，导导体体壳壳内内外外表表面面感感应应出出等等量量的的异异种种电电荷荷。其其电电场场线线如如图图(甲甲)所所示示，当当把把导导体体壳壳接接地地后后，q在壳内的电场对壳外空间就没有影响了，如图在壳内的电场对壳外空间就没有影响了，如图(乙乙)所示。所示。特特别别提提醒醒：(1)接接地地的的空空腔腔导导体体，腔腔外外电电场场对对腔腔内内空空间间不不产产生生影影响响，腔腔内内电电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响。场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响。(2)空空腔腔导导体体不不接接地地，腔腔外外电电场场对对腔腔内内空空间间不不产产生生影影响响，腔腔内内电电场场对对腔腔外外空空间产生影响。间产生影响。AD 解解题题指指导导：不不接接地地的的空空腔腔物物体体可可以以屏屏蔽蔽外外界界电电场场，接接地地的的空空腔腔物物体体可可以以屏屏蔽蔽内内部部的的电电场场，其其本本质质都都是是由由于于外外界界电电场场与与感感应应电电场场叠叠加加的的结结果果，分分析析中中应应特特别注意分清原电荷产生的电场、感应电场以及叠加后的合电场。别注意分清原电荷产生的电场、感应电场以及叠加后的合电场。解解析析：小小纸纸屑屑是是绝绝缘缘体体，当当处处于于电电场场中中时时，虽虽不不会会像像导导体体一一样样出出现现电电荷荷的的定定向向移移动动，但但内内部部的的极极性性分分子子也也会会在在电电场场力力的的作作用用下下移移动动，使使异异种种电电荷荷一一端端更更靠靠近近施施感感电电荷荷，因因而而也也会会受受到到施施感感电电荷荷的的吸吸引引力力。A中中由由于于静静电电屏屏蔽蔽，P的的电电场场影影响响不不到到导导体体N的的内内部部，即即N内内部部无无电电场场，所所以以S不不会会被被吸吸引引，A正正确确。B中中N没没有有接接地地，P的的电电场场会会影影响响到到N的的外外部部，即即S处处有有电电场场，S会会被被吸吸引引。C中中P和和S都都处处于于导导体体N的的外外部部，S处处有有电电场场，会会被被吸吸引引。D中中N被被接接地地，内内部部电电场场不不影影响响导导体体外外部，即部，即S处无电场，不会被吸引，处无电场，不会被吸引，D正确。正确。对对点点训训练练2(多多选选)如如图图所所示示，电电力力工工作作人人员员在在几几百百万万伏伏的的高高压压线线上上进进行行带带电电作作业业，电电工工全全身身穿穿戴戴带带电电作作业业用用的的屏屏蔽蔽服服，屏屏蔽蔽服服是是用用导导电电金金属属材材料料与与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装，下列说法正确的是纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装，下列说法正确的是()A采用金属材料编织的衣服目的是使衣服不易拉破采用金属材料编织的衣服目的是使衣服不易拉破B采用金属材料编织的衣服目的是利用静电屏蔽采用金属材料编织的衣服目的是利用静电屏蔽C电工穿上屏蔽服后，体内场强为零电工穿上屏蔽服后，体内场强为零D电工穿上屏蔽服后，体内电势为零电工穿上屏蔽服后，体内电势为零解解析析：屏屏蔽蔽服服的的作作用用是是在在穿穿用用后后，使使处处于于高高压压电电场场中中的的人人体体外外表表面面各各部部位位形形成成一一个个等等势势屏屏蔽蔽面面，从从而而防防护护人人体体免免受受高高压压电电场场及及电电磁磁波波的的危危害害；等等势势面面说说明明电电势势相相等等而而不不是是等等于于0，而而电电场场中中的的导导体体内内的的电电场场强强度度为为0，所所以以BC正正确确，AD错误。错误。BC 素素 养养 提提 升升(1)应应用用：静静电电应应用用依依据据的的物物理理原原理理几几乎乎都都是是让让带带电电的的物物质质粒粒子子在在电电场场力力的的作用下，奔向并吸附到电极上。作用下，奔向并吸附到电极上。(2)危危害害：静静电电由由于于吸吸附附尘尘埃埃会会给给印印刷刷、合合成成纤纤维维等等工工业业生生产产带带来来危危害害。静静电电对对高高精精密密仪仪器器有有干干扰扰甚甚至至毁毁坏坏作作用用。静静电电的的最最大大危危害害是是有有可可能能因因静静电电火火花花点点燃某些易燃物质而引起爆炸。燃某些易燃物质而引起爆炸。(3)防防止止：最最简简单单而而又又最最可可靠靠的的办办法法是是用用导导线线把把设设备备接接地地，这这样样可可以以把把电电荷荷引引入入大大地地，避避免免静静电电积积累累。油油罐罐车车尾尾部部拖拖的的铁铁链链就就是是一一根根接接地地线线。调调节节空空气气的的湿度也是防止静电危害的有效方法。湿度也是防止静电危害的有效方法。静电的应用与防止静电的应用与防止C 解解析析：这这些些图图标标是是防防止止静静电电的的发发生生，A错错误误；化化纤纤手手套套、化化纤纤衣衣服服与与接接触触物物容容易易摩摩擦擦起起电电存存在在安安全全隐隐患患，B错错，C对对；用用绝绝缘缘的的塑塑料料梳梳子子梳梳头头，摩摩擦擦起起电电，存在安全隐患，存在安全隐患，D错。错。