導入新課,帶電作業(yè)的工人在強電壓下工作,這是他們 的工作服,鳥籠的鳥安然無恙,為什么？,第一章 靜電場,1.7 靜電現(xiàn)象的應用,教學目標,1. 知識與能力, 在外加電場的作用下，知道導體達到靜電平衡過程中自由電子的移動情況，會對整個過程進行分析。 理解靜電平衡的概念知道靜電平衡后導體上的電荷分布情況。 知道避雷針的整體構造。 知道尖端放電的概念。,2.過程與方法, 通過實驗理解靜電平衡后導體上電荷的分布，并能對不規(guī)則物體的電荷分布進行分析。 通過靜電感應實驗學會分析電荷的變化情況。,3.情感態(tài)度與價值觀, 靜電平衡、靜電屏蔽、尖端放電等都是我們生活中常見的物理現(xiàn)象，會分析這些現(xiàn)象，并能將物理知識運用到生活中。,教學重難點,教學重點：,教學難點：,靜電平衡整個過程的分析 導體達到靜電平衡之后電荷的分布情況,靜電屏蔽的應用,一、靜電平衡狀態(tài)下導體的電場,二、導體上電荷的分布,三、尖端放電,內(nèi)容解析,四、靜電屏蔽,一、靜電平衡狀態(tài)下導體的電場,把一個不帶電的金屬導體ABCD放到場強為E0的勻強電場中，導體內(nèi)的電子受到庫倫力的作用，將向著與電場相反的方向移動。這樣，在導體的AB面上將出現(xiàn)負電荷，在CD面上將出現(xiàn)正電荷。這就是前面研究過的靜電感應現(xiàn)象。,導體正負電荷和分開后在導體內(nèi)部產(chǎn)生于外部電場E0方向相反的電場E1，它的電場線用虛線表示。在達到靜電平衡狀態(tài)前，可以通過圖示表示感應電場E1的變化。,由于E0E1,電場方向向右，導體內(nèi)的自由電子繼續(xù)由CD面向AB面運動。直到E1繼續(xù)增大。,只要導體內(nèi)部的場強不為零，自由電子就會繼續(xù)做定向移動，導體內(nèi)部的電荷就會繼續(xù)增加，導體內(nèi)的電場會進一步虛弱，直到導體內(nèi)合場強為零,E0=E1 。,處于靜電屏蔽狀態(tài)下的導體內(nèi)部場強處處為零。,當導體內(nèi)部場強為零時，導體內(nèi)的電荷不在發(fā)生移動。這是我們說導體達到了靜電平衡狀態(tài)。,靜電平衡狀態(tài)導體的特點：,二、導體上電荷的分布,一個導體不論原來是否帶電，放入電場之后，都會由于靜電感應而在導體的不同部位出現(xiàn)不同電荷。,如圖所示，取兩個驗電器A和B，在B上裝一個幾乎封閉的空心金屬筒C，使B和C帶電，A不帶電。,D是帶有絕緣柄的金屬小球。使D跟C的外部接觸；這樣操作若干次，觀察A箔片的變化情況。,重復上述操作，不過這一次讓D在C的內(nèi)表面與A之間反復接觸，觀察A的箔片變化。,觀察現(xiàn)象：,D接觸C的外表面時，A箔片張開；D接觸C的內(nèi)表面時，A箔片不張開。,靜電平衡時，導體上的電荷分布有以下兩個特點：,（1）導體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導體的表面。 這是因為假如導體內(nèi)部沒有電荷，導體內(nèi)部的場強就不可能為零，自由電荷就會發(fā)生移動，導體也就沒有處于靜電平衡狀態(tài)。 （2）在導體表面。越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。,這兩種現(xiàn)象都可以用同種電荷相互排斥來解釋。,靜電平衡下，導體上的電荷分布：,歸納,三、尖端放電,導體尖端的電荷密度很大，附近的電場很強，空氣中殘留的帶電粒子在強電場的作用下，發(fā)生強烈的運動，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正負電荷分離。這個現(xiàn)象叫做空氣的電離。,中性的分子電離后變成帶負電的自由電子和失去電子而帶正電的離子。這些帶電粒子在強電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當于導體從尖端失去電荷。這個現(xiàn)象叫尖端放電。,避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設施。它是一個或幾個尖銳的金屬棒，安裝在建筑物的頂端，用粗導線與埋在地下的金屬板連接，保持與大地的良好接觸。當帶的雷雨云接近建筑物時，由于靜電感應，金屬棒出現(xiàn)于云層相反的電荷。通過尖端放電，這些電荷不斷向大氣釋放，中和空氣中的電荷，達到避免雷擊的目的。,尖銳的金屬棒,粗導線,金屬板,避雷針的構造及原理：,尖端放電會導致高壓設備上電能的損失，所以高壓設備中導體的表面應該盡量光滑。夜間高壓線上會出現(xiàn)一層綠色光暈，俗稱電暈，這是一種微弱的尖端放電現(xiàn)象。,現(xiàn)代的避雷針往往具有很多組金屬棒，做成蒲公英花的形狀來增強避雷的效果。,四、靜電屏蔽,靜電感應中，我們研究的是靜電場中的導體。若導體是空心的呢？,導體中的自由電子由于受到外加電場的作用，會沿與電場線相反的方向運動。,直到自由電子運動到圓環(huán)左側，其積累的電荷量產(chǎn)生的電場與靜電場的電場強度相等,即達到靜電平衡狀態(tài)。,達到靜電平衡后，帶空腔的內(nèi)部場強處處為零，電荷分布在導體的外表面，導體內(nèi)部無電荷分布，即導體殼內(nèi)空腔里的場強處處為零。也就是說無論導體是什么樣 的，導體內(nèi)部都不會有場強。,由于靜電感應，當驗電器接近帶點的金屬球時，驗電器的金屬箔會張開。但是驗電器外側有金屬罩時，驗電器的張角并未發(fā)生變化。,觀察,以下兩種情況下驗電器張角的變化情況：,一個不接地的金屬網(wǎng)罩（或金屬包皮）能把外電場遮住，使內(nèi)部不受外電場影響，這就是靜電外屏蔽。一個接地的金屬網(wǎng)罩能同時把內(nèi)外電場遮住，使內(nèi)部不受外電場影響，外部不受內(nèi)電場影響，這叫做靜電全屏蔽。,由此可以推倒出靜電屏蔽的概念：,把一個實心導體挖空，變成一個導體殼，在靜電平衡狀態(tài)下，殼內(nèi)的場強處處為零。這樣，導體殼就可以保護它所包圍的區(qū)域，使這個區(qū)域不受外部電場的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。,空腔導體接地時，在空腔導體的靜電荷形成的電場。,靜電荷處于空腔導體中形成的電場。,常用的包裝帶表面有一層金屬箔膜也是用來保護產(chǎn)品。,生活中靜電屏蔽的應用：,高壓作業(yè)的工人工作服可以保護工人不受外部高電壓的影響。,課堂小結,將導體放在外加電場中，導體內(nèi)的自由電子受到電場力的作用，會發(fā)生定向移動最終使導體的正負電荷分開，在導體內(nèi)部產(chǎn)生一個與外加電場等大反向的電場，這兩個電場疊加，使導體內(nèi)部電場強度處處為零 。這種現(xiàn)象叫做靜電平衡。,一、靜電平衡狀態(tài)下導體的電場,靜電平衡的概念：,處于靜電平衡狀態(tài)下的導體，內(nèi)部的場強處處為零。處于靜電平衡狀態(tài)下的導體，其外部表面附近任何一點的場強方向必跟該點的表面垂直。處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是個等勢體，它的表面是個等勢面。,靜電平衡狀態(tài)導體的特點：,靜電平衡時，導體上的電荷分布有以下兩個特點：,二、導體上電荷的分布,導體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導體的表面。在導體表面。越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。,中性的分子電離后變成帶負電的自由電子和失去電子而帶正電的離子。這些帶電粒子在強電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當于導體從尖端失去電荷。這個現(xiàn)象叫尖端放電。,三、尖端放電,四、靜電屏蔽,把一個實心導體挖空，變成一個導體殼，在靜電平衡狀態(tài)下，殼內(nèi)的場強處處為零。這樣，導體殼就可以保護它所包圍的區(qū)域，使這個區(qū)域不受外部電場的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。,課堂練習,【答案】 B球殼內(nèi)壁負電荷，外表面正電荷； 內(nèi)表面負電荷，外表面正電荷減少； A球不帶電，B外表面帶正電荷。,2.帶正電的底座絕緣導體球殼P周圍放有四個原來不帶電的小球，位置如圖所示，當系統(tǒng)處于靜待你平衡時：（ ）。,A.a球帶負電，由于處于待正電的金屬球電場中，所以電勢為正； B.b球帶負電，電勢為零； C.由于C球用導線與P球內(nèi)表面相連，所以C球部帶電，但電勢與P球相等； D.d球帶正電，電勢為零。,B,3. 如圖所示，為空腔導體，現(xiàn)將一個帶正電的小金屬球A放入腔內(nèi)，靜電平衡時，圖中a、b、c三點的場強E和電勢U的關系是 _。,A.空腔導體殼層內(nèi)（圖中劃線部分）各點場強為零，外表面的場強也為零； B.空腔導體殼層里面的各點電勢相等，且高于外表面各點的電勢而低于內(nèi)表面各點電勢； C.當把空腔導體內(nèi)的外表面接地時，如果把另一個帶正電的物體在殼外向B移近時，需要克服電場力做功； D.當把空腔導體的外表面接地時，殼層的內(nèi)表面場強不為零，電勢為零。,4.如圖所示，帶正電的小球A放在空腔導體B內(nèi)，靜電平衡時，以下說法正確的是（ ）。,D,5.如圖所示，在厚金屬板M附近放置一個負電荷Q，比較圖中a、b、c三點的場強Ea、Eb、EC大小的關系_。,（3）如果用導線的一段接觸球的左側，另一端接觸球的右側，導線不可能把球兩側的電荷中和，因為金屬球是個等勢體，導線鏈接的電勢相等的兩個點，電荷在這兩點間不會移動，就像用水管連接澳督相等的兩個裝水容器，誰不會再水管內(nèi)流動一樣。,2.答：,3.答：點火器的放電電極做成針狀是利用尖端放電現(xiàn)象，使在電壓不高的情況下也容易點火。驗電器的金屬桿上固定一個金屬球是防止出現(xiàn)尖端放電現(xiàn)象，使驗電器在電壓較高時也不會放電。,4.答：因為超高壓輸電線周圍存在很高的電場，帶電作業(yè)的工人直接進入這樣的強電場就會有生命危險。如果工人穿上包含金屬絲織物制成的工作服，這身工作服就想一個金屬網(wǎng)罩，可以起到靜電屏蔽的作用，是高壓電線周圍的電場被工作服屏蔽起來，工人就可以安全作業(yè)了。,