第7節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用,【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知道靜電感應(yīng)產(chǎn)生的原因,知道什么是靜電平衡狀態(tài).2.掌握處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特征.3.了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及它們的應(yīng)用.,基礎(chǔ)知識,核心要點,學(xué)習(xí)效果,核心素養(yǎng),基礎(chǔ)知識探究,教材探究,知識點一,靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場,【問題導(dǎo)學(xué)】,如圖所示,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,使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號電荷.請思考下列問題:,(1)自由電子定向移動的原因是什么?自由電子定向移動的方向與電場方向有何關(guān)系?(2)自由電子能否一直不停的定向移動?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(dāng)這兩個電場大小相等時,電子的定向移動終止.,【知識梳理】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,感應(yīng)電荷的電場與原電場,使導(dǎo)體內(nèi)部電場,直至為零,導(dǎo)體內(nèi)部自由電子不再發(fā)生的狀態(tài).2.靜電平衡狀態(tài)的特征(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部的場強(qiáng).(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,外部表面附近任何一點的場強(qiáng)方向必定與這點的表面.(3)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,整個導(dǎo)體是個,它的表面是個.,疊加,減弱,定向移動,處處為零,垂直,等勢體,等勢面,3.靜電平衡時,導(dǎo)體上的電荷分布特點(1)電的導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的.(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),凹陷的位置幾乎電荷.,外表面,越大,沒有,知識點二,尖端放電靜電屏蔽,【問題導(dǎo)學(xué)】,(1)避雷針是保護(hù)建筑物的一種設(shè)施,其利用了什么原理?(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,其內(nèi)部場強(qiáng)處處為零,若導(dǎo)體是空心的,則空心部分的場強(qiáng)怎樣?,答案:(1)尖端放電.(2)空心部分場強(qiáng)為零.,【知識梳理】1.空氣的電離導(dǎo)體尖端電荷很大,附近的電場很強(qiáng),空氣中殘留的帶電粒子在的作用下發(fā)生劇烈的運動把空氣中的氣體分子撞“散”,也就是使分子中的正負(fù)電荷的現(xiàn)象.,密度,強(qiáng)電場,分離,2.尖端放電與靜電屏蔽,電離,吸引,中和,失去電荷,0,不會產(chǎn)生,避雷針,光滑,思考判斷,1.靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零,導(dǎo)體的電勢也為零.()2.靜電平衡時,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再運動.()3.飛機(jī)輪上裝有拖地線,油罐車后面拖條鐵鏈都是把靜電導(dǎo)入大地.()4.電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的,目的是銅絲衣服有屏蔽作用,使體內(nèi)電場強(qiáng)度為零.()5.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.(),核心要點突破,要點一,靜電平衡的理解及應(yīng)用,1.靜電平衡是自由電荷發(fā)生定向移動的結(jié)果,達(dá)到靜電平衡時,自由電荷不再發(fā)生定向移動.金屬導(dǎo)體建立靜電平衡的時間是非常短暫的.2.靜電平衡的實質(zhì),3.處于靜電平衡的導(dǎo)體是等勢體,表面是等勢面,所以導(dǎo)體表面的電場線應(yīng)與導(dǎo)體表面垂直.,狀元心得,靜電感應(yīng)因果關(guān)系原因現(xiàn)象結(jié)果,自由電荷定向移動,導(dǎo)體兩端帶等量異種電荷,存在外電場及導(dǎo)體中有自由電荷,自由電荷不再定向移動,E感=-E外,導(dǎo)體內(nèi)部某處感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強(qiáng)E與周圍原電場電場強(qiáng)度E大小相等,方向相反,兩者相互抵消,導(dǎo)體內(nèi)部某處合場強(qiáng)E合為零,但導(dǎo)體表面的電場強(qiáng)度不為零.雖然整個導(dǎo)體是一個等勢體,導(dǎo)體表面是等勢面,但電勢不一定為零.,【例1】(2018河北正定中學(xué)高二周測)如圖所示,在真空中有兩個點電荷A和B,電荷量分別為-Q和+2Q,它們相距L,如果在兩點電荷連線的中點O有一個半徑為r(2r<L)的空心金屬球,且球心位于O點,求球殼上的感應(yīng)電荷在O點處的電場強(qiáng)度.,思路探究(1)導(dǎo)體內(nèi)O點處的合場強(qiáng)為多大?這個值是哪幾個電場疊加的結(jié)果?(2)點電荷電場強(qiáng)度的公式是怎樣的?答案:(1)O點處的合場強(qiáng)為零這個值是A,B分別在O點產(chǎn)生的場強(qiáng)及球殼上的感應(yīng)電荷在O點處的場強(qiáng)疊加的結(jié)果.(2)點電荷電場強(qiáng)度E=k.,方法總結(jié),解決靜電平衡問題思路(1)充分利用靜電平衡的特點.(2)分析清楚靜電平衡導(dǎo)體的三個電場強(qiáng)度:外電荷的電場強(qiáng)度E0,感應(yīng)電荷的電場強(qiáng)度E與合電場強(qiáng)度E合各自的特點,它們滿足E合=E0-E=0.,B,要點二,靜電屏蔽的理解及應(yīng)用,狀元心得,導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響.如圖,把帶電體靠近驗電器,箔片會張開,但如果把驗電器置于金屬網(wǎng)罩內(nèi),則箔片不再張開.,接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響.如圖,點電荷+q處在封閉的導(dǎo)體球殼內(nèi)部,導(dǎo)體球殼外部有電場線,但如果把導(dǎo)體球殼接地,則外部無電場線.適合做屏蔽的材料只能是導(dǎo)體,不能是絕緣體.,【例2】(2018蘭州一中高二檢測)將懸掛在細(xì)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),另有一個懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近,如圖所示,下列說法正確的有()A.A往左偏離豎直方向,B往右偏離豎直方向B.A的位置不變,B往右偏離豎直方向C.A往左偏離豎直方向,B的位置不變D.A和B的位置都不變,思路探究(1)金屬空心球C內(nèi)部是否有電場?A電荷是否受靜電力的作用?(2)金屬空心球C外部是否有電場?B電荷是否受靜電力的作用?答案:(1)金屬空心球C起靜電屏蔽作用,內(nèi)部無電場,A電荷不受靜電力的作用.(2)金屬空心球C外部有電場,B電荷受到靜電力的作用.解析:帶正電的小球A放在不帶電的空心球C內(nèi),通過靜電感應(yīng),空心球外殼帶正電,內(nèi)壁帶負(fù)電.因此,金屬空心球C和帶電小球B帶異種電荷,所以B受C球的吸引往右偏離豎直方向,而由于空心球C能屏蔽小球B所產(chǎn)生的外部電場,因此A球不受B球電場的影響,而保持豎直位置不變,選項B正確.答案:B,方法總結(jié),靜電屏蔽問題的分析方法靜電屏蔽的本質(zhì)是靜電感應(yīng),從現(xiàn)象上看為導(dǎo)體處于靜電平衡態(tài),因此,分析此類問題的依據(jù)是靜電平衡的特點,另外再結(jié)合電場強(qiáng)度,電勢以及電場線的概念和特點.,【針對訓(xùn)練2】(2018江西省上高縣第二中學(xué)高二月考)如圖所示,把原來不帶電的金屬殼B的外表面接地,將一帶正電的小球A從小孔中放入球殼內(nèi),但不與B發(fā)生接觸,達(dá)到靜電平衡狀態(tài)后,則()A.B的空腔內(nèi)電場強(qiáng)度為零B.B不帶電C.B的外表面帶正電D.B的內(nèi)表面帶負(fù)電,D,解析:因為金屬殼的外表面接地,所以外表面無感應(yīng)電荷,只有內(nèi)表面有感應(yīng)電荷分布,且由于A帶正電,則B的內(nèi)表面帶負(fù)電,故選項D對,B,C錯;B的空腔內(nèi)有帶正電的小球A產(chǎn)生的電場和金屬殼內(nèi)表面感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場,由電場疊加知,電場線的方向由A指向B,所以空腔內(nèi)電場強(qiáng)度不為零,故選項A錯.,學(xué)習(xí)效果檢測,1.(2018武漢外國語學(xué)校高二測試)(多選)圖中P是一個帶電體,N是一個不帶電的金屬空腔,在哪些情況下,放在絕緣板上的小紙屑(圖中S)不會被吸引(),解析:金屬空腔不接地可屏蔽外部電場,接地可屏蔽內(nèi)部電場.,AD,2.如圖所示,A為空心金屬球,B為靠近A的另一個原來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(yuǎn)離A的另一端帶負(fù)電B.靠近A的一端帶負(fù)電,遠(yuǎn)離A的另一端帶正電C.靠近A的一端帶負(fù)電,遠(yuǎn)離A的另一端不帶電D.靠近A的一端帶正電,遠(yuǎn)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(fù)、正電荷,A,C球相當(dāng)于一個帶正電的球,根據(jù)“近異遠(yuǎn)同”的特點,靠近A的一端帶負(fù)電,遠(yuǎn)離A的另一端帶正電,故選項B正確.,B,解析:為了使電視機(jī)能接收電磁波信號,但又不接收高頻熱合機(jī)產(chǎn)生的電磁波,應(yīng)將高頻熱合機(jī)產(chǎn)生的電磁波信號屏蔽,而接地金屬籠子具有屏蔽內(nèi)電場的作用,故選項D正確.,3.(2018廣東執(zhí)信中學(xué)高二周測)某農(nóng)村小塑料加工廠的高頻熱合機(jī)(焊縫機(jī))產(chǎn)生的電磁波頻率和電視信號頻率接近,由于該村尚未通有線電視信號,空中的信號常常受到干擾,在電視熒屏上出現(xiàn)網(wǎng)狀條紋,影響正常收看.為了使電視機(jī)不受干擾,可采取的辦法是()A.將電視機(jī)用一個金屬籠子罩起來B.將電視機(jī)用一個金屬籠子罩起來,并將金屬籠接地C.將高頻熱合機(jī)用一個金屬籠子罩起來D.將高頻熱合機(jī)用一個金屬籠子罩起來,并將金屬籠接地,D,4.在一個導(dǎo)體球殼內(nèi)放一個電荷量為+Q的點電荷,用Ep表示球殼外任一點的場強(qiáng),則()A.當(dāng)+Q在球殼中央時,Ep=0B.不論+Q在球殼內(nèi)何處,Ep一定為零C.只有當(dāng)+Q在球心且球殼接地時,Ep=0D.只要球殼接地,不論+Q在球殼內(nèi)何處,Ep一定為零,解析:導(dǎo)體球殼不接地時,不論+Q在球殼內(nèi)何處,點電荷會在球殼外表面感應(yīng)出正電荷,球殼外存在由導(dǎo)體球殼外表面指向無窮遠(yuǎn)的電場,故選項A,B錯;球殼接地時,它與大地組成一個新導(dǎo)體,球殼外任一點都在新導(dǎo)體內(nèi)部,故不論+Q在球殼內(nèi)何處,Ep一定為零,故選項C錯,D對.,D,核心素養(yǎng)提升,(教師備用),【方法拓展】靜電感應(yīng)現(xiàn)象中電荷移動方向的判斷1.靜電感應(yīng)現(xiàn)象中電荷移動的方向取決于所在區(qū)域的電場方向,電荷在靜電力的作用下定向移動,直至達(dá)到靜電平衡.某區(qū)域凈電荷不為零,該區(qū)域的電荷不一定發(fā)生定向移動;某區(qū)域凈電荷為零,該區(qū)域的電荷不一定不發(fā)生定向移動.2.產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象時,若兩個或幾個物體通過導(dǎo)線相連,應(yīng)將這幾個物體看作一個整體進(jìn)行分析.這幾個物體作為一個整體遵循靜電平衡時場強(qiáng)、電勢及電荷分布的特點.,學(xué)長經(jīng)驗分享,【以例示法】(2018寧夏六盤山高級中學(xué)高二周測)(多選)如圖所示,把一個架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正電荷形成的電場中,導(dǎo)體處于靜電平衡時,下列說法正確的是()A.A,B兩點電場強(qiáng)度相等,且都為零B.A,B兩點的電場強(qiáng)度不相等C.感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場強(qiáng)度大小是|EA|<|EB|D.當(dāng)開關(guān)S閉合時,電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動,AD,解析:枕形導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài),其內(nèi)部的A,B兩點場強(qiáng)都為零,故選項A正確,B錯誤.由于A離正電荷較近,正電荷在A點產(chǎn)生的電場強(qiáng)度較大,故感應(yīng)電荷在A點產(chǎn)生的附加電場強(qiáng)度也較大,故選項C錯誤.開關(guān)S閉合時,電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w定向移動,以中和枕形導(dǎo)體上的正電荷,最后使它顯示負(fù)電性,故選項D正確.,【科學(xué)技術(shù)社會環(huán)境】,法拉第籠法拉第籠是以電磁學(xué)的奠基人、英國物理學(xué)家邁克爾法拉第的姓氏命名的一種用于演示等電位、靜電屏蔽和高壓帶電作業(yè)原理的設(shè)備.演示時,先請幾位觀眾進(jìn)入籠體后關(guān)閉籠門,操作員接通電源,用放電桿進(jìn)行放電演示.這時即使籠內(nèi)人員將手貼大籠壁上,使放電桿向手指放電,籠內(nèi)人員不僅不會觸電,而且還可以體驗電子風(fēng)的清涼感覺.外殼接地的法拉第籠可以有效地隔絕籠體內(nèi)外的電場和電磁波干擾,這叫做“靜電屏蔽”.許多儀器設(shè)備采用接地的金屬外殼可有效地避免殼體內(nèi)外電場的干擾.,解析:由于金屬鳥籠的靜電屏蔽作用,使得鳥籠內(nèi)部場強(qiáng)為零,電荷分布在籠的外表面,處于靜電平衡狀態(tài)的鳥籠是一個等勢體,其上各點電勢都相等,盡管電勢很高,但是不會有電流流過小鳥的身體,所以小鳥可以安然無恙,C正確.,【示例】兩同學(xué)在做電學(xué)實驗,感應(yīng)起電器集電端的小球靠近內(nèi)有小鳥的金屬鳥籠,轉(zhuǎn)動起電器,小球與鳥籠間產(chǎn)生電火花,使鳥籠帶電,但籠中的小鳥安然無恙,對此現(xiàn)象正確的解釋是()A.小鳥不怕電擊B.金屬鳥籠的感應(yīng)起電作用C.金屬鳥籠起靜電屏蔽作用D.金屬鳥籠的靜電感應(yīng)現(xiàn)象,C,