《2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場 1.7 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用課件 新人教版選修3-1.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場 1.7 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用課件 新人教版選修3-1.ppt（75頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、7 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用,【自主預(yù)習(xí)】 1.靜電感應(yīng)現(xiàn)象：把導(dǎo)體放入電場中，導(dǎo)體內(nèi)部的自 由電荷在_作用下定向移動，而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn) _電荷的現(xiàn)象。,電場力,等量異種,2.靜電感應(yīng)的因果關(guān)系：,自由電荷,異種電荷,-E外,3.靜電平衡： (1)定義：導(dǎo)體中(包括表面上)沒有電荷_的 狀態(tài)。,定向移動,(2)特點。 導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為_。 導(dǎo)體是個_，表面是個_。 導(dǎo)體表面上任一點的電場線方向跟該點的表面_。 導(dǎo)體內(nèi)部_電荷，電荷分布在導(dǎo)體的_。 且在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷的密度_，凹 陷的位置幾乎_。,零,等勢體,等勢面,垂直,沒有,外表面,越大,沒有電荷,4.尖端放電： (1)尖端放電：空氣

2、被電離后，那些所帶電荷與導(dǎo)體尖 端的電荷電性相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端， 與尖端上的電荷_，相當于導(dǎo)體從尖端_ 的現(xiàn)象。,中和,失去電荷,(2)應(yīng)用和防止。 應(yīng)用：避雷針是利用_避免雷擊的一種設(shè) 施。 防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面_會減少電能 的損失。,尖端放電,盡量光滑,5.靜電屏蔽： (1)定義：當金屬外殼達到靜電平衡時，內(nèi)部_電 場，因而金屬的外殼會對其_起保護作用，使其 _不受外部電場影響的現(xiàn)象。 (2)應(yīng)用：電學(xué)儀器外面有_，野外高壓線上方 還有_與大地相連，都是利用靜電屏蔽消除外 電場的影響。,沒有,內(nèi)部,內(nèi)部,金屬殼,兩條導(dǎo)線,【預(yù)習(xí)小測】 1.處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場強處處

3、為零是因為() A.導(dǎo)體內(nèi)部無電場 B.外電場不能進入導(dǎo)體內(nèi)部 C.所有感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的合場強為零 D.外電場和所有感應(yīng)電荷的電場在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的結(jié)果為零,【解析】選D。當導(dǎo)體處于靜電平衡時，外電場與感應(yīng)電荷的電場在導(dǎo)體內(nèi)部疊加，合場強為零，導(dǎo)致處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零，故只有D正確。,2.避雷針能夠避免建筑物被雷擊是因為() 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,【解析】選B。帶電荷的云層靠近避雷針時，在避雷針尖端感應(yīng)出與云層相反的電荷，達到一定

4、程度就向空中放電，中和云層中的電荷，從而避免建筑物遭受雷擊，所以只有B正確。,3.在點電荷-Q的電場中，一個金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓盤與點電荷在同一平面內(nèi)，則盤上的感應(yīng)電荷在盤中A點所激發(fā)的附加場強E的方向是圖中的 (),【解析】選A。感應(yīng)電荷在盤中A點激發(fā)的附加場強E應(yīng)與-Q在A點產(chǎn)生的場強等大反向，故選項A正確。,主題一靜電平衡下的導(dǎo)體 【互動探究】 如圖所示，將一不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD放到場強為E0的勻強電場中。,(1)導(dǎo)體ABCD內(nèi)部自由電子怎樣移動？電子的移動最終會出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？,提示：將呈電中性狀態(tài)的金屬導(dǎo)體放入場強為E0的 靜電場中，導(dǎo)體內(nèi)自由電子便受到與場強E0方向相

5、反 的電場力作用，如圖甲所示。自由電子要向電場E0 的反方向做定向移動，并在導(dǎo)體的一個側(cè)面聚集，使 該側(cè)面出現(xiàn)負電荷，而相對的另一側(cè)出現(xiàn)“過?！钡?等量的正電荷，導(dǎo)體沿著電場強度方向兩端出現(xiàn)等量 異種電荷，如圖乙所示。等量異種電荷在導(dǎo)體內(nèi)部,形成與場強E0反向的場強E，在導(dǎo)體內(nèi)任一點的場強 可表示為E內(nèi)=E0+E，因附加電場E總與外電場E0方 向相反，疊加的結(jié)果削弱了導(dǎo)體內(nèi)部的電場，隨著導(dǎo) 體兩側(cè)感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加，附加電場E增強，合場 強E內(nèi)將逐漸減小，當E內(nèi)=0時，自由電子的定向移動也 就停止了，這時就達到了靜電平衡狀態(tài)，如圖丙所 示。,(2)在問題(1)中導(dǎo)體上感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)某點產(chǎn)生的

6、場強多大？ 提示：由于導(dǎo)體內(nèi)場強為零，即感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與原電場的合場強為零，E=E0。,(3)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外部表面附近任何一點的場強方向與這點的表面有什么關(guān)系？ 提示：垂直。假如導(dǎo)體表面的電場強度方向與該點的表面不垂直，則沿表面有電場強度的切向分量，在導(dǎo)體表面的自由電荷將受到庫侖力的作用而發(fā)生定向移動，這與靜電平衡相矛盾，故外部表面附近任何一點的場強方向與這點的表面相垂直。,(4)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其電勢情況是怎樣的？ 提示：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場強處處為零，表面電場強度垂直于導(dǎo)體表面。因此，當在導(dǎo)體內(nèi)部移動電荷時，就不受庫侖力作用，沒有庫侖力做功，根據(jù)W=qU

7、得U=0，即導(dǎo)體內(nèi)任意兩點間的電勢差為零，即等電勢。所以電場中的導(dǎo)體是一等勢體，導(dǎo)體的表面是一等勢面。,【探究總結(jié)】 1.對靜電平衡的理解： (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原電場的電場強度E0與導(dǎo)體兩端感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強E的合場強為零。,2.靜電平衡導(dǎo)體電荷分布特點： (1)處于靜電平衡狀態(tài)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。 (3)導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷，凈電荷只分布在導(dǎo)體的表面。 (4)

8、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。,【典例示范】 (2018成都高二檢測)長為l的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為+q的點電荷放在距棒左端R處，如圖所示。當棒達到靜電平衡后，下列關(guān)于棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點處產(chǎn)生的場強大小和方向判斷正確的是 (),【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下兩點： (1)本題中感應(yīng)電荷是面分布，不是點電荷，且電荷量 未知，不能直接用E=k 求解。 (2)靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零，即感應(yīng)電 荷產(chǎn)生的場強與外電場的場強等大反向。,【解析】選C。導(dǎo)體棒在點電荷+q的電場中發(fā)生靜電感 應(yīng)，左端表面出現(xiàn)負電荷，右端表面出現(xiàn)正電荷。棒 內(nèi)任何

9、一點都有兩個電場，即外電場：+q在該點形成 的電場E0；附加電場：棒上感應(yīng)電荷在該點形成的電 場E。達到靜電平衡時棒內(nèi)場強為零，即E=E0。題 中所求的即為E，于是我們通過上述等式轉(zhuǎn)化為求E0。,棒中點距離+q為r=R+ ，于是E=E0= ，E和 E0方向相反，方向向左，C正確。,【探究訓(xùn)練】 1.(2018煙臺高二檢測)如圖所示 為一空腔球形導(dǎo)體(不帶電)，現(xiàn)在 將一個帶正電的小金屬球A放入空 腔中，當靜電平衡時，圖中a、b、c 三點的場強E和電勢的關(guān)系是(),A.EaEbEc，abc B.Ea=EbEc，a=bc C.Ea=Eb=Ec，a=b=c D.EaEcEb，abc,【解析】選D?？?/p>

10、腔球形導(dǎo)體在正電荷A的電場中感應(yīng)的結(jié)果如圖所示，從電場線的疏密可確定a點場強大于c點場強，而b點場強為零，故EaEcEb，而沿著電場線電勢降低，故abc，D選項正確。,2.(多選)如圖所示，在真空中把一導(dǎo)體AB向帶負電的小球P緩慢地靠近(不接觸，且未發(fā)生放電現(xiàn)象)時，下列說法中正確的是(),A.B端的感應(yīng)電荷越來越多 B.導(dǎo)體內(nèi)部場強越來越大 C.導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M點產(chǎn)生的場強大于在N點產(chǎn)生的場強 D.導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M、N兩點產(chǎn)生的場強相等,【解題指南】解答本題應(yīng)明確以下兩點： (1)導(dǎo)體處于靜電平衡時內(nèi)部場強處處為零， 即E感=-E外。 (2)點電荷的場強公式E=k 。,【解析】選A、C。

11、導(dǎo)體靠近帶負電的小球P時，導(dǎo)體中 的自由電子受到帶負電小球P產(chǎn)生的電場的作用，不斷 地向B端移動，B端的感應(yīng)電荷不斷增多，故選項A正 確。由于導(dǎo)體AB緩慢移動，故導(dǎo)體處于靜電平衡是在 很短的時間內(nèi)完成的。帶負電小球P產(chǎn)生的電場和導(dǎo)體 AB上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場疊加的結(jié)果會使導(dǎo)體內(nèi)部各 處的合場強總等于零，故選項B錯誤。M點距小球P的距,離比N點要近，由E=k 可知，帶負電小球P在M點產(chǎn)生 的場強大于在N點產(chǎn)生的場強，而導(dǎo)體內(nèi)部的合場強處 處為零，那么導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在M點產(chǎn)生的附加電場 的場強就大于在N點產(chǎn)生的附加電場的場強，故選項C 正確，選項D錯誤。,【補償訓(xùn)練】 1.(多選)如圖所示，接地

12、的金屬板右側(cè)有固定的點電荷+Q，a、b點是金屬板右側(cè)表面的兩點，其中a到+Q的距離較小。下列說法正確的是(),A.由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負電，左側(cè)表面帶正電 B.由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負電，左側(cè)表面不帶電 C.整個導(dǎo)體，包括表面上的a、b點，是一個等勢體，且電勢等于零 D.a、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,【解析】選B、C、D。金屬板若不接地，右側(cè)表面將有 感應(yīng)的負電荷，左側(cè)表面將有感應(yīng)的等量正電荷；現(xiàn) 金屬板接地，正電荷通過接地導(dǎo)線移向大地，靜電平 衡時左側(cè)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

13、、C正確。金屬板接地時，右側(cè)表 面上仍有感應(yīng)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(cè)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(cè)面，方向相 同，所以選項D也正確。,2.(多選)如圖所示，帶電體Q靠近一個接地空腔導(dǎo)體，空腔里面無電荷。在靜電平衡后，下列物理量中等于零的是(),A.導(dǎo)體空腔內(nèi)任意點的場強 B.導(dǎo)體空腔內(nèi)任意點的電勢 C.導(dǎo)體外表面的電荷量 D.導(dǎo)體空腔內(nèi)表面的電荷量,【解析】選A、B、D。靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零，且內(nèi)表面不帶電，故選

14、項A、D正確。由于導(dǎo)體接地，故整個導(dǎo)體的電勢為零，選項B正確。導(dǎo)體外表面受帶電體Q的影響，所帶電荷量不為零，故選項C不正確。,3.一個帶絕緣底座的空心金屬球A帶有410-8C的正電荷，上端開有適當小孔，有絕緣柄的金屬小球B帶有210-8C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=10-8C，QB=10-8C B.QA=210-8C，QB=0 C.QA=0，QB=210-8C D.QA=410-8C，QB=-210-8C 【解析】選B。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。,【通法悟道】靜電平衡導(dǎo)體電荷分布的分析方法 (1)“

15、遠近觀”法：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，離場源電荷較近和較遠的兩端感應(yīng)出等量的異種電荷，而導(dǎo)體的中間部分因感應(yīng)電荷較少，可認為無感應(yīng)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(dǎo)體接觸或用導(dǎo)線連接時，就可把它們看作是一個大導(dǎo)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(dǎo)體”其實就是導(dǎo)體通過人體與大地構(gòu)成一個大導(dǎo)體。,不要認為導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，用導(dǎo)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(dǎo)線得到了電荷，如圖乙所示。,主題二尖端放電靜電屏蔽 【互動探究】 情景1：如圖甲所示，使帶正電的金屬球靠近驗電器。,情景2：如圖

16、乙所示，若用一個金屬網(wǎng)罩把驗電器罩住，再讓帶電金屬球靠近驗電器。,情景3：如圖丙，金屬網(wǎng)罩不帶電，罩內(nèi)小球帶正電，將驗電器靠近金屬網(wǎng)罩，如圖丁，把金屬網(wǎng)罩接地。,試結(jié)合上述三種情境，討論下列問題： (1)情景1中，驗電器的箔片是否張開？ 提示：使帶正電的金屬球靠近驗電器，驗電器的箔片會張開。,(2)驗電器的箔片是否張開？這些現(xiàn)象說明了什么？ 提示：用一個金屬網(wǎng)罩把驗電器罩住，再讓帶電金屬球靠近，驗電器的箔片不張開。說明圖甲中的驗電器受到附近帶電體的影響；圖乙中金屬網(wǎng)罩內(nèi)的驗電器不受附近帶電體的影響。,(3)情景3中，圖丙驗電器的箔片是否張開？圖丁驗電器的箔片是否張開？這些現(xiàn)象說明了什么？ 提示

17、：金屬網(wǎng)罩不帶電，罩內(nèi)小球帶正電，將驗電器靠近金屬網(wǎng)罩，驗電器箔片張開。把金屬網(wǎng)罩接地，則驗電器箔片不張開。這些現(xiàn)象說明網(wǎng)罩不接地時內(nèi)部帶電體產(chǎn)生的電場能影響外界；金屬網(wǎng)罩接地時，內(nèi)部電場不影響外界。,【探究總結(jié)】 1.靜電屏蔽的實質(zhì)：靜電屏蔽的實質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)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.靜電屏蔽的兩種情況： (1)導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界影響，如圖甲所示。 (2)接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響，如圖乙所示。,【拓展延伸】 1.靜電屏蔽的實現(xiàn)過程： (1)如圖甲，因場源電荷

18、產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)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(yīng)電荷傳給地球，外部電場消失，對外起到屏蔽作用。,2.靜電屏蔽的分類： (1)外屏蔽：金屬外殼不接地，則外表面會產(chǎn)生與內(nèi)部帶電體等量且同號的感應(yīng)電荷，此時感應(yīng)電荷的電場將對外界產(chǎn)生影響，這時金屬外殼只能對外電場屏蔽，卻不能屏蔽內(nèi)部帶電體對外界的影響，所以叫外屏蔽。,(2)全屏蔽：金屬外殼接地，即使內(nèi)部有帶電體存在，這時內(nèi)表面感應(yīng)的電荷與帶電體所帶的電荷的代數(shù)和為零，而外表面產(chǎn)生的感應(yīng)電荷通過接地線流入大地。外界對殼內(nèi)無法影響，內(nèi)部帶電體對外界的影響也隨之而消除，所

19、以這種屏蔽叫作全屏蔽。,(3)應(yīng)用：為了防止外界信號的干擾，靜電屏蔽被廣泛地應(yīng)用到科學(xué)技術(shù)工作中。例如，電子儀器設(shè)備外面的金屬罩，通訊電纜外面包的鉛皮等，都是用來防止外界電場干擾的屏蔽措施。,【典例示范】 一個不帶電的空心金屬球，在它的球心處放一個正電荷，其電場分布是圖中的(),【解題指南】解答本題應(yīng)明確以下三點： (1)靜電感應(yīng)的規(guī)律。 (2)靜電平衡狀態(tài)的特點。 (3)電場線的分布規(guī)律。,【解析】選B。根據(jù)靜電感應(yīng)，空心球的內(nèi)側(cè)感應(yīng)出負電荷，外表面帶正電荷，球殼內(nèi)部場強處處為零，電場線中斷，根據(jù)電場線的特點可知B正確，A、C、D錯誤。,【探究訓(xùn)練】 (多選)(2018懷化高二檢測)如圖所示

20、，一個不帶電的導(dǎo)體球N，置于空心導(dǎo)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(dǎo)體M內(nèi)，則(),A.若M接地，N上無感應(yīng)電荷 B.若M不接地，且M原來不帶電，N上無感應(yīng)電荷 C.若M不接地，且M原來不帶電，N上有感應(yīng)電荷 D.若M不接地，且M原來帶電，N上一定有感應(yīng)電荷,【解析】選A、C。若M接地，空心導(dǎo)體球M外沒有電場，N上無感應(yīng)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(yīng)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(yīng)電荷，也可能沒有感應(yīng)電荷，D錯誤。,【補償訓(xùn)練】 1.(多選)(2018鄭州高二檢

21、測)下面四幅圖中涉及靜電屏蔽現(xiàn)象的有(),A.煙囪上的鐵針 B.辦公用復(fù)印機 C.輸電線上方的兩條與大地相連的導(dǎo)線 D.用來裝硬盤的鋁箔袋,【解析】選C、D。當帶電云層靠近建筑物時，避雷針上產(chǎn)生的感應(yīng)電荷會通過針尖放電，逐漸中和云中的電荷，使建筑物免遭雷擊，其原理為尖端放電，故A錯誤。辦公用復(fù)印機，是靜電的應(yīng)用，故B錯誤；高壓輸電線上方還有兩條導(dǎo)線，這兩條導(dǎo)線的作用是它們與大地相連，形成稀疏的金屬“網(wǎng)”把高壓線屏蔽起來，免遭雷擊，故C正確；用來裝硬盤的鋁箔袋，起到靜電屏蔽的作用，故D正確。,2.(多選)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(jié)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,【解析】選B、D。導(dǎo)體空腔處于外電場中時，由于靜電感應(yīng)的作用，導(dǎo)體球殼的左端將感應(yīng)出負電荷，右端將感應(yīng)出正電荷，而導(dǎo)體空腔內(nèi)部完全不受外加電場的影響。故A不會偏轉(zhuǎn)，故A、C錯誤，B、D正確。故選B、D。,【課堂小結(jié)】,