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1.7 静电现象的应用 课件(人教选修3-1)


第 一 章 静 电 场

第 7 节 静 电 现 象 的 应 用

新知预习·巧设计
要点一

名师课堂 ·一点通

要点二

创新演练 ·大冲关

随堂检测归纳小结
课下作业综合提升

1.了解静电平衡的概念,掌握

静电 平衡的特征。 2.了解静电平衡时带电导体上电 荷的分布特点。 3.了解尖端放电和静电屏蔽现象。

[读教材·填要点]
1.静电平衡状态下导体的电场 (1)静电感应现象: 放在电场中的导体其内部自由电荷在 电场力 作用下 定向移动,而使导体两端出现 等量异号 电荷的现象。

(2)静电平衡状态:
导体中(包括表面) 自由电子 不再发生定向移动,我们 就认为导体达到了静电平衡状态。 (3)静电平衡状态下导体的特点: ①处于静电平衡状态的导体,内部的 场强 处处为零。

②处于静电平衡状态的整个导体是一个 等势体 ,它 的表面是一个等势面。 ③表面处的场强不为零,表面处的场强方向跟导体表 面 垂直 。

(4)导体上电荷的分布: ①处于静电平衡状态的导体,内部没有电荷,电荷只 分布在 外表面上 。 ②在导体表面,越尖锐的位置,电荷的密度(单位面 积的电荷量) 越大 ,凹陷的位置 几乎无 电荷。

[关键一点]

人与大地都是导体,在人触摸导体的过

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。

2.尖端放电、静电屏蔽
(1)尖端放电: ①尖端放电:空气被电离后所带电荷与导体尖端的 电荷符号相反的粒子,由于被 吸引 而奔向尖端,与尖端 上的电荷 中和 ,相当于导体从尖端 失去电荷 的现象。

②应用和防止
应用: 避雷针 是利用尖端放电避免雷击的一种设施。

防止:高压设备中导体的 表面尽量光滑 会减少电能的
损失。

(2)静电屏蔽: ①定义:当金属外壳达到静电平衡时,内部 没有 电 场,因而金属的 外壳 会对其内部起 屏蔽 作用,使它内 部不受 外部电场 影响的现象。 ②应用:电子仪器和电子设备外面都有 金属壳 ,通

信电缆外面包有一层 金属网 ,高压线路的检修人员要穿
屏蔽服 等,都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。

[关键一点]

绝缘球壳中没有自由电荷,当放入外

电场时,不会发生静电感应现象,壳内场强也不会为零。 即不能起到屏蔽外电场的作用。

[试身手·夯基础]
1. 如图1-7-1所示,在真空中把一绝 缘导体向带负电的小球P缓慢地靠近 (不接触,且未发生放电现象)时,下 列说法中不正确的是 ( )

A.B端的感应电荷越来越多
B.导体内场强始终为零 场强

图1-7-1

C.导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的

D.导体的感应电荷在M、N两点产生的场强相等

解析:绝缘导体移近带负电的小球 P 时,导体中的自由电子受 到带负电小球 P 产生的电场的作用力变大, 使自由电子不断地 向 B 端移动,导体两端的感应电荷不断增多,故选项 A 正确。 由于导体缓慢移动, 导体达到静电平衡状态是在很短的时间内 完成的, 带负电小球 P 产生的电场和导体上感应电荷的电场叠 加的结果会使导体内部各处的合场强等于零,故选项 B 正确。 Q M 点距小球 P 的距离比 N 点要近,由 E=kr2可知,

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 点产生的附加电场的场强就大于在N点产生的附加电场的 场强,故选项C正确,选项D错误。 答案:D

2.关于避雷针,以下说法正确的是
A.避雷针避雷是中和云层的异种电荷

(

)

B.避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地 C.为了美观,通常把避雷针顶端设计成球形 D.避雷针安装在高大建筑物顶部,而不必接地

解析:避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地,必须 接到大地,故A、D项错,B项正确;导体尖端的电荷密度 大,附近的电场很强,把避雷针顶端设计成球形不利于把 云层中的离子吸引到尖端,故C项错误。 答案:B

3.在点电荷-Q的电场中,一金属圆盘处于静电平衡状态, 若圆平面与点电荷在同一平面内,则盘上感应电荷在盘 中A点所激发的附加场强E′的方向在图1-7-2中正确的 是 ( )

图1-7-2

解析:在盘中A点激发的附加场强E′应与-Q在A点产生的
场强等大反向,故A正确。

答案:A

1.概念
如图1-7-3所示,金属导体中自

由电子受到导体周围电场的电场力作
用后向左移动,在右侧出现正电荷, 导体两侧正、负电荷在导体内部产 图1-7-3 生与原电场反向的电场,因与原来的电场反向,叠加的

结果是使原电场强度逐渐减弱,直至导体内部各点的合电
场强度等于零为止,此时F=E内q=0,导体内的自由电子

不再发生定向移动,处于一个平衡状态,我们就说导体达
到了静电平衡状态。

2.条件 内部电场处处为零,即E内=0。 由于静电感应,在导体两侧出现等量异种感应电荷, 感应电荷在导体内部形成与电场E0反向的电场E′,在导体 内任一点E′=-E0,使得合电场强度E内=0。

[名师点睛]

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。

1. 如图1-7-4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: 图1-7-4

(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P处产生的场强。 [思路点拨] 内部场强处处为零,因为是两个电场的叠加。

[解析]

(1)金属杆处于静电平衡时内部场强处处为 0,

故金属杆中点处场强为 0。 (2)内部场强是两个场强的叠加,所以 E 感-E=0 q E 感 = E= k L 2, ?r+ 2 ? E 感与 E 方向相反,E 感的方向向左。
[答案] (1)0 q (2)k L 2,方向向左 ?r+ 2 ?

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,故由静电平衡条件求解。

1.导体内部不受外部电场的影响的情况

图1-7-5

(1)现象:由于静电感应,验电器箔片张开。如图1- 7-5甲,将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开, 如图乙,即外部电场影响不到导体内部。 (2)本质:是静电感应,导体外表面感应电荷与外电 场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零。

2.接地导体壳内部电场对壳外空间无影响情况

图1-7-6

(1)现象: ①如图1-7-6甲导体壳没有接地时,处于内部电场 中,达到静电平衡,导体壳内外表面出现等量异种电荷, 壳内外表面之间场强处处为零,壳外场强不为零。

②导体壳接地后,如图1-7-6乙所示,导体壳外的 正电荷被大地负电荷中和,正电荷出现在地球的另一端 无穷远处,导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为 零,导体外部空间不受内部电场影响。

(2)本质:仍然是静电感应,使导体内表面感应电荷 与壳内电荷在导体壳表面以外空间叠加结果为零。 [名师点睛] 处于静电平衡的导体,内部场强为零,

但电势不一定为零。

2.将悬挂在细线上的带正电的
小球A放在不带电的金属空心球C内

(不和球壁接触),另有一个悬挂在
细线上的带负电的小球B向C靠近, 如图1-7-7所示。下列说法正确的有 图1-7-7 ( )

A.A往左偏离竖直方向,B往右偏离竖直方向 B.A的位置不变,B往右偏离竖直方向 C.A往左偏离竖直方向,B的位置不变 D.A和B的位置都不变

[审题指导]

求解此题应注意以下三点:

(1)金属球壳(网)可使内部电荷不受外部电场影响。

(2)不接地金属球壳(网)内的电荷对外部电荷有影响。
(3)接地金属球壳(网)内的电荷对外部电荷无影响。

[解析]

球C对外界电场有静电屏蔽作用,使处于C内

部的A球不受外界电场影响,所以A不偏移。但A在C的外 表面感应出正电荷,也就是C不能屏蔽内部电荷向外激发 电场,所以B将向右偏。 [答案] B

空腔可以屏蔽外界电场,接地的空腔可以屏蔽内部 的电场,其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结 果,分析中应特别注意分清是哪一部分电场,还是合电 场作用的结果。

1.(对应要点一)处于静电平衡中的导体,内部场强处处为

零的原因是
A.导体内部无任何电场

(

)

B.外电场不能进入导体内部
C.所有感应电荷在导体内部产生的合场强为零

D.外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结
果为零

解析:导体内部场强处处为零是由于感应电荷的电场与外 电场叠加的结果,故D正确。 答案:D

2.(对应要点二)具有一定厚度的空心球壳的球心位置放置
一正电荷,图1-7-8中画出了其空间电场的电场线分 布情况,符合实际情况的是 ( )

图1-7-8

解析:处于静电平衡状态的导体内部(即导体球壳内部实体
部分)场强处处为零,由于静电感应使球壳内表面带上了负

电荷,外表面带上了正电荷,所以其空间电场的电场线分
布情况应与D图相符合。D正确。

答案:D

3.(对应要点二) 如图1-7-9所示, 绝缘金属球壳的空腔内有一带 电小球,现在球壳左侧放一带 电小球A,下列说法不正确的是( A.A球对球壳内的电场不影响 ) 图1-7-9

B.由于静电屏蔽,球壳内没有电场
C.球壳外表面没有电荷,内表面胡感应电荷

D.由于球壳接地,空腔内的电场对外部也没有影响

解析:由于金属球壳接地,对内外电场都有屏蔽作用,故
A、D对,球壳外表面没有电荷,因为空腔内有带电体, 所以空腔内有电场,内表面有感应电荷,故B错,C对。 答案:B

(1)静电平衡的特点:

①导体内部场强处处为零。
②导体是个等势体,表面是等势面。
③导体表面上任何一点的电场线方向跟该点的表面垂直。

④导体内部无净电荷,净电荷分布在导体表面。越尖的

地方电荷越密。

(2)静电平衡的原因:电场叠加。
? ?①导体外部电场不影响内部。 (3)静电屏蔽? ? ?②接地导体内部电场不影响外部。 ? ?应用:避雷针。 (4)尖端放电? ? ?防止:高压设备导体表面光滑。

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