高中物理 1.7 静电现象的应用课件 新人教版选修31.ppt

7静电现象的应用 温故知新 1 如图1 7 1所示 在真空中 把一个绝缘导体向带负电的球p慢慢靠近 关于绝缘导体两端的电荷 下列说法中正确的是 精彩回眸 图1 7 1 a 两端的感应电荷越来越多b 两端的感应电荷是同种电荷c 两端的感应电荷是异种电荷d 两端的感应电荷电荷量相等解析 由于导体内有大量可以自由移动的电子 当它靠近带负电的球p时 由于同种电荷相互排斥 导体上靠近p的一端的电子被排斥到远端 从而显出正电荷 远离p的一端带上了等量的负电荷 导体离p球距离越近 电子被排斥得越多 感应电荷越多 答案 acd 2 静电感应现象 当一个带电体靠近导体时 由于电荷间的相互 或 导体中的自由电荷便会 或 带电体 使导体靠近带电体的一端带 电荷 远离带电体的一端带 电荷 这种现象叫做静电感应 答案 吸引排斥趋向远离异种同种 一 静电平衡状态下导体的电场1 静电平衡状态处于电场中的导体内外电场相互 使导体内部电场 直至为零 导体内部自由电子不再发生定向的状态 新知梳理 叠加 减弱 移动 2 处于静电平衡状态下导体的特点 1 处于静电平衡状态下的导体 内部场强 2 处于静电平衡状态的整个导体是个 它的表面是个 地球是一个 二 导体上电荷的分布特点1 导体内部净电荷 净电荷分布在导体的 2 在导体表面 越尖锐的位置 电荷的密度 凹陷的位置几乎 处处 为零 等势体 等势面 等势体 没有 外表面 越大 没有电荷 三 尖端放电1 空气的电离 导体尖端电荷很大 电场很强 带电粒子在的作用下剧烈运动撞击空气分子 从而使空气分子的正负电荷的现象 2 尖端放电 所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子 由于被而奔向尖端 与尖端上的电荷 相当于导体从尖端的现象 密度 强电场 分离 吸引 中和 失去电荷 四 静电屏蔽1 定义 把一个电学仪器放在的金属壳里 即使壳外有电场 由于保持为零 外电场对壳内的仪器也不会的现象 2 实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器 也能起到屏蔽作用 3 应用 1 是利用尖端放电避免雷击的一种设施 封闭 壳内场强 产生影响 金属网 避雷针 2 电学仪器和电子设备外面套有 通信电缆表面包一层 高压带电作业人员穿 通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号较弱 金属罩 金属网衣 铅皮 合作探究 什么是静电平衡状态 处于静电平衡状态的导体有何特点 1 静电平衡状态 如图1 7 2所示 当把导体放入电场e0中时 导体中的自由电子便会发生定向移动 如图甲 产生静电感应 导体两端感应的等量异种电荷也随之形成一场强方向与e0方向相反的附加电场e 如图乙 随着ac与bd面上电荷的积累 附加场强e也逐渐增强 当附加电场e与外电场e0完全抵消时 内部的场强为零 如图丙 自由电子 的定向移动停止 这种导体中 包括导体表面 没有电荷定向移动的状态 叫静电平衡状态 甲乙丙图1 7 2 2 静电平衡状态下导体特点 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个等势体 它的表面是个等势面 3 电荷分布特点 内外表面分布不同 净电荷都分布在外表面 导体内部没有净电荷 受导体的形状影响 电荷分布不均匀 越尖锐的地方 电荷分布的密度越大 外部附近的场强也越强 远近端 电荷的电性相反 电量相等 如图1 7 3所示 处于静电平衡状态的导体 离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷 即 远同近异 感应电荷在两端的外表面 导体右端较左端尖锐 电荷密度大 图1 7 3 1 一金属球 原来不带电 现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆mn 如图1 7 4所示 金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a b c三点的场强大小分别为ea eb ec 三者相比 a ea最大b eb最大c ec最大d ea eb ec 图1 7 4 解析 处于静电平衡的导体内部场强处处为零 故a b c三点的场强都为零 静电平衡的导体内部场强为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果 所以感应电荷在球内某点产生的电场的场强与mn在这一点形成的电场的场强等大反向 比较a b c三点感应电场的场强 实质上是比较带电体mn在这三点的场强 由于c点离mn最近 故mn在c点的场强最大 感应电荷在c点的场强也最大 故c选项正确 答案 c 1 导体内部不受外部电场的影响 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 接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响 1 现象 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 空间电场的电场线起 图1 7 6 于场源正电荷 终于导体壳内表面负电荷 再起于导体壳外表面正电荷 终于无穷远 壳内外表面之间场强处处为零 壳外场强不为零 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 空间电场起于场源正电荷终于导体壳内表面负电荷 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 导体内表面感应电荷与壳内电场在导体壳表面以外空间叠加结果为零 2 在下列实验中 验电器的金属箔会张开的是 答案 b 演示使带电的金属球靠近验电器 但不接触 箔片是否张开 点拨 处于静电平衡状态的导体 有几种可能的情况 1 孤立的带电导体 2 不带电的导体放在电场中 或带电的导体放在电场中 不论何种情形 处于静电平衡状态的导体一定是 整个导体是一个等势体 其表面是一个等势面 因为处于静电平衡的导体 内部电荷不再定向移动 受合力必为零 所以电场强度e 0 由u ed知 任意两点间的电势差也必定相等 所以整个导体是等势体 表面是等势面 典例精析 感应电荷产生的场强的计算 例1 如图1 7 7所示 长为l的导体棒水平放置 原来不带电 现将一带电量为 q的点电荷放在距离棒左端r处 当棒达到静电平衡后 棒上感应电荷在棒的中点处产生的场强等于多少 方向如何 图1 7 7 如图1 7 8所示 点电荷a和b带电荷量分别为3 0 10 8c和 2 4 10 8c 彼此相距6cm 若在两点电荷连线中点o处放一个半径为1cm的金属球壳 求球壳感应电荷在该中点处产生的电场强度 图1 7 8 答案 5 4 105n c方向由o指向a 例2 如图1 7 9所示 水平放置的金属板正上方放有一固定的正点电荷q 一表面绝缘的带正电小球 可视为质点且不影响q的电场 从左端以初速度v0滑上金属板 沿光滑的上表面向右运动到右端 在该运动过程中 图1 7 9 a 小球做匀速直线运动b 小球先做减速运动 后做加速运动c 小球的电势能保持不变d 静电力对小球所做的功为零解析 由于金属板处于点电荷q形成的电场中 达到静电平衡后 金属板的上表面是一个等势面 表面上电场线是竖直向下的 所以小球受到重力 支持力 向下的电场力 合力为零 故小球做匀速直线运动 电场力对小球不做功 答案 acd 如图1 7 10所示 在电场强度为e的匀强电场中 放置一长为l的金属细棒ab 它与场强e的夹角为 则棒上两端点a b间的电势差uab为 a elb elsin c elcos d 0 图1 7 10 解析 因为金属细杆ab是一导体 在电场中达到静电平衡状态时是一个等势体 外表面是一个等势面 所以uab 0 正确选项为d 答案 d 例3 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 11所示 于是有 图1 7 11 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