高中物理 静电场（二）第7节学案.doc

高中物理 静电场（二）第7节 学习目标1知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态2理解静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零3知道静电屏蔽及其应用知识点一 静电平衡状态下导体的电场典例探究1. 如图所示，在真空中把一绝缘导体ab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，下列说法中正确的是() ab端的感应电荷越来越多b导体内部场强越来越大c导体的感应电荷在m点产生的场强大于在n点产生的场强d导体的感应电荷在m、n两点产生的场强相等2. 如图所示，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： 知识点一 静电平衡状态下导体的电场自主学习1.静电感应现象： 放在电场中的导体其内部自由电荷在 作用下定向移动，而使导体两端出现 电荷的现象。 2. 静电平衡状态： 导体中(包括表面) 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： 处于静电平衡状态的导体，内部的 处处为零。 处于静电平衡状态的整个导体是一个 ，它的表面是一个等势面。 表面处的场强不为零，表面处的场强方向跟导体表面 。(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。 【审题指导】1. 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。2. 内部场强处处为零，因为是两个电场的叠加。 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的方向在图中正确的是挑战自我4. 如图所示，a、b都是装在绝缘柄上的导体，a带正电后靠近b，若取地球的电势为零，则（ ）(4) 导体上电荷的分布： 处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在 。 在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量) ，凹陷的位置 电荷。 名师点睛1.静电感应现象的原因当不带电的导体处于电场中时，导体内的自由电子在电场力的作用下逆电场线而定向移动，使导体一侧带负电，而另一侧带上正电。2. 静电平衡实质在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合场强减小，随着感应电荷的继续增加，合场强逐渐减小，直至感应电荷产生的附加电场e和原电场e在导体内叠加为零，即e=e，自由电子停止定向移动。3. 静电平衡的条件导体内部的合场强为零，即e合0。4.静电平衡状态下导体的特点： 内部场强处处为零（不为0则自由电子将继续移动直至合场强为0） 导体中没有自由电荷定向移动（没有静电荷），静电荷只分布在导体的外表面。 在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。实验证明：法拉第圆筒实验 导体表面附近电场线与表面垂直理论证明：中性导体带电后，由于同种电荷相互排斥，净电荷只能分布在表面。反证法：若内部有自由电荷，则内部场强不为0，导体就不是处于静电平衡状态。5. 静电平衡时导体周围电场分布上图空间实际电场分布，不会出现虚线电场线。【特别提示】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。人与大地都是导体，在人摸(触)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。知识点二 静电现象的应用自主学习1. 尖端放电 气体在导体尖端周围的强电场的作用下而被电离，气体被电离后变成带负电的_和带正电的_，而与尖端电荷的电性相反的粒子在静电力的作用下奔向尖端，而使尖端电荷_，从效果上看好象是尖端释放了电荷，这个现象叫尖端放电。 尖端放电的利弊应用：避雷针就是利用了_而实现了a. 导体b上任意一点的电势为零；b. 导体b上任意一点的电势都为正；c. 导体b上任意一点的电势都为负；d. 导体b上右端点的电势等于左端点的电势。5. 如图所示,长为10cm的导体棒原来不带电，现将一带电荷量 q=8olo-10c的正点电荷放在距棒左端5cm处的p点, 达到静电平衡后棒上感应电荷在棒内中点o处产生的场强大小等于_,方向_。知识点二 静电现象的应用典例探究1. 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(不与球接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球b向c靠近，如图所示，于是有()aa向左偏离竖直方向，b向右偏离竖直方向中和空气中的电荷，而达到避免雷击的目的；防止：尖端放电会使导到高压设备上电能的损失，故该导体表面要尽量_。2. 静电屏蔽 形成：处于电场中的导体壳(金属网罩)当达到静电平衡状态时，其内部场强_，从而实现了对内部物体起到了保护作用，这种装置叫做静电屏蔽。 应用：高压输电线的上方的_与大地连接而形成一个静电屏蔽，对高压线起到了保护作用。3. 想一想：为什么在钢筋水泥结构的楼房内手机的信号要比室外差？名师点睛1. 静电屏蔽的本质静电屏蔽实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零而已。2静电屏蔽的两种情况(1) 金属壳内部不受外部影响现象：由于静电感应，验电器箔片张开。如图甲，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。 本质：是静电感应，导体外表面感应 ba的位置不变，b向右偏离竖直方向ca向左偏离竖直方向，b的位置不变da和b的位置都不变【审题指导】 (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。 【学霸提示】 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。2. 如图所示，用起电机使金属鸟笼带电，站在金属架上的鸟安然无恙，且不带电，其原因是()a鸟的脚爪与金属架绝缘b鸟与笼电势相同，无电势差c鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面d起电机使笼带电，笼的电势不会很高挑战自我3. 在如图所示的实验中，验电器的金属箔片会张开的是()4. 如图所示，带电体q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷在静电平衡后，下列物理量中不等于0的是()a导体腔内任意点的电场强度b导体腔内任意点的电势c导体外表面的电荷量d导体空腔内表面的电荷量5. 静电喷涂利用了电荷之间的相互作用，其喷涂原理如图所示，则下列说法正确的是()a涂料微粒一定带正电b涂料微粒一定带负电c涂料微粒可能带正电，也可能带负电d喷嘴与工件之间的电场为匀强电场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，内部电场对外部没有影响现象： 如图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。 导体壳接地后，如图乙所示，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。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。 【特别提醒】处于静电平衡的导体，内部场强为零，但电势不一定为零。 知识点一 静电平衡状态下导体的电场自主学习1. 电场力 等量异号 2.自由电子 3. 场强 等势体 垂直 4.外表面上 越大 几乎无 典例探究1.【答案】ac2.【答案】(1) 0(2) k，方向向左【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e0e感ek，e感与e方向相反，e感的方向向左。3.【答案】a【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。 4.【答案】bd【解析】 处于静电平衡状态下的导体：导体体是个等势体，导体表面是个等势面；故d正确，由于电场线由正电荷出发终止于负电荷或无穷远，可大致画出电场线的分布，由此可知导体b上各点的电势均相等且为正。故b选项正确。5.【答案】 720n/c 方向由o指向p【解析】电场中的导体达到静电平衡后，导体内部场强处处为零，本质上是施感电荷与感应电荷在导体内部该处的合场强等于零。即：e施o+e感o=0（矢量和）而e施o=720n/c；由p指向o，所以e感o=720n/c；方向由o指向p知识点二 静电现象的应用自主学习1. 自由电子 离子 中和 尖端放电 光滑 2.处处为零 两条导线3. 静电屏蔽典例探究1. 【答案】b【解析】 带正电的小球a放在不带电的空心球c内，由于静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此b所在处有电场，所以b在电场力作用下向右偏靠近c；由于空心球能屏蔽b球的电场，所以，a所在处场强为零，故a球不受电场力，位置不变。点评：注意电场的分布特点非常重要，c球金属壳内无电场，所以其内外没有力的直接联系，当b球靠近时，引起c球外壳的电荷分布的变化。2. 【答案】bc3. 【答案】b【解析】a中不会张开，金属网可以屏蔽外电场；b中会张开，因为金属网未接地，网内的带电体可以对外界产生影响；c中不会张开，因为金属网已接地，网内的带电体对网外无影响，网外的带电体对网内也无影响。4. 【答案】c【解析】静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为零，且内表面不带电，故选项a、d正确，由于导体接地，故整个导体的电势为0，选项b正确；导体外表面受带电体q的影响，靠近q的一端带负电荷，故所带电荷量不为零。5. 【答案】a【解析】 静电喷涂的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上，而达到喷涂的目的，喷嘴与工件之间的电场是非匀强电场，选项d错误；由题图知，待喷涂工件带负电，所以涂料微料应带正电，选项a正确，b、c错误。点评：静电可以被人们利用，目前，静电的应用已有多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等方面，但依据的物理原理几乎都是让带电的物质微粒在静电力作用下奔向并吸附到电极上。课堂小测知识点一 静电平衡状态下导体的电场1.导体处于静电平衡状态时，下列说法正确的是（ ） a导体内部没有电场 b导体内部和外表面均有净电荷c导体内部有电荷的移动 d以上说法均不正确2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 3. 如图所示，在原来不带电的金属细杆ab附近p处，放置一个正点电荷，达到静电平衡后()aa端的电势比b端的高bb端的电势比d点的低ca端的电势不一定比d点的低 d杆内c处电场方向由c指向b知识点二 静电现象的应用4避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是()a云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地b避雷针的尖端向云层放电，中和了云层中的电荷c云层与避雷针发生摩擦，避雷针上产生的电荷被导入大地d以上说法都不对5.具有一定厚度的空心球壳的球心位置放置一正电荷，图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 () 6.图为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列表述正确的是()a到达集尘极的尘埃带正电荷 b电场方向由集尘极指向放电极c带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同 d同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大7如图所示，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，下列说法正确的是aa球对球壳内的电场不影响 b由于静电屏蔽，球壳内没有电场 c球壳内外表面均没有电荷 d由于球壳接地，空腔内的电场对外部也没有影响 1.【答案】a 【解析】导体处于静电平衡状态时，导体内部场强处处为零，即没有电场，没有电荷的移动。导体内部没有净电荷，净电荷分布在导体的外表面，选项a正确。2.【答案】d【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。 3.【答案】b【解析】 首先画出电场线(如图所示)，沿电场线方向电势降低，b端电势比d点低，b正确。金属杆ab静电平衡后是一个等势体，a端电势等于