高中物理（人教版）选修3-1 第1章 第7节　静电现象的应用

欢迎进入物理课堂 第七节静电现象的应用 课标定位学习目标 1 知道静电平衡现象 理解处于静电平衡状态的导体的特点 2 通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点 重点难点 尖端放电和静电屏蔽的原因及在实际中的应用 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第七节静电现象的应用 课前自主学案 课前自主学案 一 静电平衡状态下导体的电场1 静电平衡状态导体内的自由电子不再发生 的状态 叫做静电平衡状态 2 静电平衡特点 1 处于静电平衡状态的导体 内部场强 2 处于静电平衡状态的整个导体是个 它的表面是个 定向移动 处处为零 等势体 等势面 思考感悟1 一导体处于静电平衡状态 导体外部有一电荷 它对导体内部某点产生的场强为零吗 提示 不为零 在某点产生的场强与没有导体在该点产生的场强一样 二 导体上电荷的分布1 导体内部没有电荷 电荷只分布在导体的 2 在导体表面 越尖锐的位置 电荷的密度 凹陷的位置几乎 思考感悟2 导体表面电荷一定均匀分布吗 什么样导体表面电荷均匀分布 提示 不一定 球形导体 外表面 越大 没有电荷 三 尖端放电1 电离现象 空气中的气体分子在带电粒子的高速撞击下 分子中正负电荷 的现象 2 尖端放电 导体尖端的电荷吸引空气中与它符号相反的电荷 尖端上的电荷被 而失去电荷 这个现象叫做尖端放电 四 静电屏蔽处在电场中的空腔导体 由于内表面 所以空腔内 这种现象叫做静电屏蔽 分离 中和 没有电荷 没有电场 核心要点突破 一 静电平衡导体的电荷分布特点1 内外表面分布不同 电荷都分布在外表面 导体内部没有电荷 2 受导体的形状影响 不光滑处电荷密度大 3 远近端 电荷的电性相反 电量相等 1 如图1 7 1所示 处于静电平衡状态的导体 离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷 即 远同近异 图1 7 1 2 如图1 7 2所示 当把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时 就可把它们看作是一个大导体 有些问题中所提到的 用手接触某导体 其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体 图1 7 2 特别提醒 一个孤立的带电体 在自身所带电荷的电场中 处于静电平衡状态 具有静电平衡的所有特点 人与大地都是导体 在人摸 触 导体的过程中 带电体 人 大地组成一个新导体 地球往往是新导体的远端 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 如图1 7 3所示 带电体Q靠近一个接地空腔导体 空腔里面无电荷 在静电平衡后 下列物理量中等于零的是 A 导体腔内任意点的场强B 导体腔内任意点的电势C 导体外表面的电荷量D 导体空腔内表面的电荷量 图1 7 3 解析 选ABD 静电平衡状态下的导体内部场强为零 且内表面不带电 故A D正确 由于导体接地 故整个导体的电势为零 B正确 二 静电平衡和静电屏蔽实质分析1 静电平衡 1 特点 导体内部场强处处为零 整个导体是个等势体 它的表面是个等势面 2 实质 导体发生了静电感应现象 感应电荷在导体内部产生一个附加电场E 跟外加电场E反向 使自由电荷同时又受到F E q的电场力 随着导体两端的感应电荷不断积累 E 逐渐增大 当E E时 导体内合场强为零 自由电荷所受合力为零 这时导体中无自由电荷定向移动 即导体达到了静电平衡状态 当外电场 导体在电场中的位置或导体的形状发生变化时 原来的静电平衡状态被打破 电荷继续移动 直到再次达到平衡 因此静电平衡也是一个动态的平衡 2 静电屏蔽实质 实质是利用了静电感应现象 使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场矢量和为零 好像是金属壳将外电场 挡 在外面 即所谓的屏蔽作用 其实是壳内两种电场并存 矢量和为零而已 特别提醒 静电屏蔽有两种情况 1 导体的外电场影响不到导体的内部 即外电场与导体表面的感应电荷在导体内部任一点场强的叠加结果为零 2 接地导体的内部电场影响不到导体外部 是因为导体外部的感应电荷都被排斥入地 使感应电荷与内壁的感应异种电荷在导体外部任一点场强的叠加结果为零 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 由图1 7 4所示 将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球壳B内 与内壁不接触 外加一个水平向右的场强为E的匀强电场 对于最后的结果 下列判断正确的是 A B的右端带正电 A向左偏B B的右端带正电 A不偏左也不偏右C B的左端带正电 A向右偏D B的左端带负电 A不偏左也不偏右 图1 7 4 解析 选BD 导体空腔处于外电场中时 由于静电感应的作用 导体球壳的左端将感应出负电荷 右端将感应出正电荷 而导体空腔内部完全不受外加电场的影响 故A不会偏转 故A C错误 B D正确 课堂互动讲练 如图1 7 5所示 长为L的金属杆原来不带电 在距其左端r处放一个电荷量为q的点电荷 问 1 金属杆中点处的场强为多少 2 金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的场强为多大 图1 7 5 思路点拨 内部场强处处为零 因为是两个电场的叠加 题后反思 感应电荷的电荷量不是已知 故不能直接求出感应电荷在某点的场强 变式训练如图1 7 6所示 在真空中把一绝缘导体AB向带负电的小球P缓慢地靠近 不接触 且未发生放电现象 时 下列说法中正确的是 A B端的感应电荷越来越多B 导体内部场强越来越大C 导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强D 导体的感应电荷在M N两点产生的场强相等 图1 7 6 解析 选AC 由于导体AB缓慢移动 所以导体AB内部可以认为始终处于静电平衡状态 导体内部场强始终为零 B错误 由于AB距P越来越近 所以A B两端积累的电荷会越来越多 A正确 M点距小球P的距离比N点要近 带负电小球P在M点产生的场强大于在N点产生的场强 而导体内部的合场强处处为零 那么导体上的感应电荷在M点产生的场强就大于在N点产生的场强 故C正确 D错误 如图1 7 7所示 将悬挂在细线上的带正电荷的小球A放在不带电的金属空心球C内 不与内壁接触 另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B 向C球靠近 则 图1 7 7 A A向左偏离竖直方向 B向右偏离竖直方向B A的位置不变 B向右偏离竖直方向C A向左偏离竖直方向 B的位置不变D A B的位置都不变 思路点拨 小球A在金属球壳内 由于静电屏蔽的作用 不会受到外电场的影响 金属球壳C因静电感应 外表面是带电的 对B有力的作用 自主解答 金属球壳C能屏蔽外部的电场 外部的电场不能深入内部 因此小球A不会受到电场力的作用 不会发生偏转 金属球壳C处在电荷A的电场中 内壁是近端 感应异号电荷带负电 外壁是远端 感应同号电荷带正电 正的感应电荷在外部空间同样会激发电场 对小球B有吸引的作用 小球B向右偏 选项B正确 答案 B 题后反思 A对B的作用不是直接的 而是通过C上的感应电荷对B发生作用 这种情况下金属球壳C只能屏蔽外部电场 而不能屏蔽内部的电场 若将球壳接地 则内外的电场均被屏蔽 知能优化训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全