第七節(jié) 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用,第一章 靜電場,學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，理解處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特性. 2.知道什么是靜電屏蔽及其有關(guān)應(yīng)用. 3.知道導(dǎo)體上電荷的分配規(guī)律. 4.了解尖端放電現(xiàn)象.,第一章 靜電場,一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場 1靜電感應(yīng)現(xiàn)象 放在電場中的導(dǎo)體其內(nèi)部自由電荷在_作用下定向移動，而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)_電荷的現(xiàn)象 2靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體中(包括表面) _不再發(fā)生定向移動，我們就認(rèn)為導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡狀態(tài),電場力,等量異號,自由電子,3靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點 (1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的_處處為零 (2)處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是一個_，它的表面是一個等勢面 (3)表面處的場強不為零，表面處的場強方向跟導(dǎo)體表面_ 4導(dǎo)體上電荷的分布 (1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在_ (2)在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)_，凹陷的位置_電荷,場強,等勢體,垂直,外表面上,越大,幾乎無,想一想 1.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場強為什么是 零？導(dǎo)體表面的電場沿什么方向？ 提示：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疊加，使導(dǎo)體內(nèi)部各點的合電場為零.,導(dǎo)體表面電場方向與導(dǎo)體表面垂直.,二、尖端放電、靜電屏蔽 1尖端放電 (1)尖端放電：空氣被電離后所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被_而奔向尖端，與尖端上的電荷_，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端_的現(xiàn)象 (2)應(yīng)用和防止 應(yīng)用：_是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施 防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的_會減少電能的損失.,吸引,中和,失去電荷,避雷針,表面盡量光滑,2靜電屏蔽 (1)定義：當(dāng)金屬外殼達(dá)到靜電平衡時，內(nèi)部_電場， 因而金屬的_會對其內(nèi)部起_作用，使它內(nèi)部不受_影響的現(xiàn)象 (2)應(yīng)用：電子儀器和電子設(shè)備外面都有_，通信電纜外面包有一層_，高壓線路的檢修人員要穿_等,都是利用靜電屏蔽現(xiàn)象消除外電場的影響,沒有,外殼,屏蔽,外部電場,金屬殼,金屬網(wǎng),屏蔽服,想一想 2.絕緣球殼能否起到屏蔽外電場的作用？ 提示：絕緣球殼中沒有自由電荷，當(dāng)放入外電場時，不會發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，殼內(nèi)場強也不會為零.即不能起到屏蔽外電場的作用.,1靜電平衡實質(zhì) (1)在達(dá)到靜電平衡的過程中，外電場引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的 定向移動使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷的電場和外電場方向相反，使合場強減小，隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加，合場強逐漸減小，直至合場強為零，自由電荷的定向移動停止 (2)靜電平衡的條件：導(dǎo)體內(nèi)部的合場強為零，即E合0.,對靜電平衡的理解,2靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點 (1)導(dǎo)體內(nèi)部某處感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強E與周圍原電場場強E大小相等，方向相反，兩者相互抵消，導(dǎo)體內(nèi)部處處合場強E合為零，但導(dǎo)體表面的電場強度不為零 (2)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 (3)電場線與導(dǎo)體表面垂直 特別提醒：一個孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場中，處于靜電平衡狀態(tài)，具有靜電平衡的所有特點,AB是長為L的金屬桿,P1、P2是位于AB所在直線上的兩點，位置如圖所示，在P2點有一個帶電量為Q的點電荷，試求出金屬桿上的感應(yīng)電荷在P1點產(chǎn)生的場強大小和方向 思路探究 處于靜電平衡的導(dǎo)體，內(nèi)部場強是怎樣的？,求處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強的方法是：利用感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與外電場在導(dǎo)體內(nèi)部的合場強為零進(jìn)行分析,1. 一金屬球，原來不帶電，現(xiàn)沿球直徑的延長線放置一均勻帶電的細(xì)桿MN，如圖所示金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場 在球內(nèi)直徑上a、b、c三點的場強大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比，則( ) AEa最大 BEb最大 CEc最大 DEaEbEc,C,解析：處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場強處處為零，故a、b、c三點的場強都為零靜電平衡在導(dǎo)體內(nèi)部場強為零是感應(yīng)電荷 產(chǎn)生的電場與外電場疊加的結(jié)果，所以感應(yīng)電荷在球內(nèi)某點 產(chǎn)生的電場的場強與MN在這一點形成的電場的場強等大、反向比較a、b、c三點感應(yīng)電場的場強，實質(zhì)上是比較帶電體MN在這三點的場強由于c點離MN最近，故MN在c點的場強最大，感應(yīng)電荷在c點場強也最大故選C.,1電荷分布特點 (1)凈電荷都分布在導(dǎo)體的表面，導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷 (2)感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反，電量相等，遠(yuǎn)同近異 (3)凈電荷在導(dǎo)體表面分布不均勻，導(dǎo)體表面尖銳處電荷分布密集，平滑處電荷分布稀疏，凹陷處幾乎沒有電荷,靜電平衡導(dǎo)體的電荷分布及分析方法,2電荷分布的分析方法 (1)“遠(yuǎn)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(yuǎn)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(rèn)為無感應(yīng)電荷產(chǎn)生，如圖甲所示,(2)“整體觀”法：當(dāng)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，就可把它們看做是一個大導(dǎo)體，再用“遠(yuǎn)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(rèn)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 特別提醒：依據(jù)電場線和電勢高低，判定導(dǎo)體中電荷受力和移動方向，進(jìn)一步求解靜電平衡問題，有時會起到事半功倍之效,如圖所示,接地的金屬板右側(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(fù)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(fù)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 Da、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 思路探究 當(dāng)導(dǎo)體接地時，遠(yuǎn)端是否發(fā)生變化？,BCD,解析 金屬板若不接地，右側(cè)表面將有感應(yīng)的負(fù)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、C正確金屬板接地時，右側(cè)表面上仍有感應(yīng)負(fù)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也正確故選BCD.,(1)人和大地都是導(dǎo)體，人和導(dǎo)體接觸或大地和導(dǎo)體接觸時，它們組成一個整體，作為一個新導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡，大地變?yōu)樾聦?dǎo)體的遠(yuǎn)端 (2)處于靜電平衡的導(dǎo)體，內(nèi)部場強為零，但電勢不一定為零.,2. 一個帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4×108 C的正電荷，上端開有適當(dāng)小孔，有絕緣柄的金屬小球B帶有2×108 C的 負(fù)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( ) AQA108 C，QB108 C BQA2×108 C，QB0 CQA0，QB2×108 C DQA4×108 C，QB2×108 C 解析: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.,B,1靜電屏蔽實質(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：,靜電屏蔽現(xiàn)象的實質(zhì),3實現(xiàn)過程 (1)如圖甲，因場源電荷產(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(dá)到靜電平衡狀態(tài)，對內(nèi)實現(xiàn)了屏蔽. (2)如圖乙，當(dāng)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 因此，靜電屏蔽現(xiàn)象的實質(zhì)是靜電感應(yīng)現(xiàn)象和靜電平衡狀態(tài) 特別提醒：(1)分析靜電屏蔽問題時首先要分清外殼是否接地. (2)實際應(yīng)用中金屬外殼不必嚴(yán)格完全封閉，用金屬網(wǎng)罩代替金屬殼體也能起到屏蔽作用,(2014·天津一中高二檢測)如圖所示，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,AC,思路探究 導(dǎo)體球M處于靜電平衡時，M外側(cè)是否有凈電 荷？M外部是否有電場？ 解析 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,空腔可以屏蔽外界電場，接地的空腔可以屏蔽內(nèi)部的電場，其本質(zhì)都是因為激發(fā)電場與感應(yīng)電場疊加的結(jié)果，分析中應(yīng)特別注意分清是哪一部分電場，還是合電場作用的結(jié)果,3. (2014·福建三明一中高二檢測)如圖所示，將懸在絕緣細(xì)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( ) AB的右端帶正電，A向左偏 BB的右端帶正電，A不偏左也不偏右 CB的左端帶正電，A向右偏 DB的左端帶負(fù)電，A不偏左也不偏右,BD,解析：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(fù)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BD.,方法技巧“等效替代”法在靜電感應(yīng)中的應(yīng)用 等效替代法是科學(xué)研究中常用的思維方法之一，是物理學(xué)中處理問題的一個基本方法等效替代法就是在保持某種效果不變的前提下，用簡單的、熟悉的、易于研究的物理模型或物理過程替代原來復(fù)雜的、陌生的物理模型或物理過程，使問題的研究和處理過程變得簡單、方便,范例 帶電荷量為Q的正電荷距一很大的接地金屬板的距離為a，如圖所示試求金屬板對點電荷的作用力,名師點評 根據(jù)靜電平衡的特點和等量異種點電荷電場分 布的對稱性，用“等效替代”的思想和方法巧妙求解此類題目.把陌生的電場用熟悉的電場等效替代，基于對等量異種電荷形成的電場的熟練掌握和應(yīng)用.,