重庆市万州区分水中学高中物理 第一章 第9讲 静电现象的应用教学案 新人教版选修31(1).doc

重庆市万州区分水中学高中物理 第一章 第9讲 静电现象的应用教学案 新人教版选修3-1目标定位1.知道什么是静电平衡状态，能说出处于静电平衡状态的导体的特征.2.知道静电平衡状态下电荷的分布规律.3.了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用一、静电平衡状态下导体的电场1静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象时，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部电场减弱，直至为零，导体内部自由电子不再发生定向移动的状态2处于静电平衡状态下导体的特征(1)处于静电平衡状态下的导体，内部场强处处为零(2)处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直(3)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，地球是一个等势体想一想导体达到静电平衡后，导体内的电荷还在运动吗？答案达到静电平衡后，自由电子没有定向移动而不是说导体内部的电荷不动，内部的电子仍在做无规则的运动二、导体上电荷的分布特点1导体内部没有净电荷，净电荷分布在导体的外表面2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3尖端放电(1)空气的电离：导体尖端电荷密度很大，电场很强，带电粒子在强电场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分离的现象(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三、静电屏蔽1定义：把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有电场，由于壳内场强保持为零，外电场对壳内的仪器也不会产生影响的现象2实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用.一、静电平衡的理解及应用1静电平衡实质(1)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，直至合场强为零，自由电荷的定向移动停止(2)静电平衡时，导体内存在两个电场：外电场e0和感应电荷在导体内部产生的附加电场e，在导体内部各位置，附加电场e与外电场e0方向相反、大小相等，导体内各位置的合场强为零，自由电荷所受合力为零2对静电平衡的理解(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动(2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的(3)导体达到静电平衡后，内部场强处处为零是指原电场的电场强度e0与导体两端感应电荷产生的场强e的合场强为零例1长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为q的点电荷放在距棒左端r处，如图191所示当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点p处产生的电场强度大小等于_，方向为_答案向左解析导体棒在点电荷q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任何一点都有两个电场，即外电场：q在该点形成的电场e0；附加电场：棒上感应电荷在该点形成的电场e，达到静电平衡时ee0.题中所求的即为e，于是我们通过上述等式转化为求e0.于是ee0.e和e0方向相反，方向向左借题发挥(1)当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状发生变化时：感应电荷的分布会迅速变化，很快达到新的平衡(2)静电平衡时，感应电荷产生的电场与外电场在导体内部的合场强为零二、静电屏蔽的理解及应用1静电屏蔽实质静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内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)导体外部的电场影响不到导体内部静电屏蔽的本质是静电感应，导体外面的电场不影响导体内部，是因为外电场与导体表面的感应电荷在导体内部任一点的场强叠加后合场强为零如图192所示，把验电器靠近带电体，如图甲所示，箔片会张开，但如果把验电器置于金属网罩内如图乙所示，再靠近带电体，箔片不再张开，说明网罩内不受外电场的影响图192(2)接地导体的内部电场影响不到导体外部接地导体的内部电场不影响导体外部，是因为导体外部的感应电荷都被排斥入地，在只有施感电荷和内壁感应出的异种电荷的情况下，两部分电荷在导体外部任何一点的场强叠加后合场强为零如图193所示，如果一封闭的导体球壳内部空间有一点电荷q.由于静电感应，导体球壳内外表面感应出等量的异种电荷，其电场线分布如图甲所示；当把导体球壳接地后，q在壳内的电场对外部空间就没有影响了，此时的电场线分布如图乙所示图193例2如图194所示，两个相同的空心金属球m和n，m带电荷量为q，n不带电(m、n相距很远，互不影响)，旁边各放一个不带电的金属球p和r，当将带正电q的小球分别放入m和n的空腔中时()图194ap、r上均出现感应电荷bp、r上均没有感应电荷cp上有而r上没有感应电荷dp上没有而r上有感应电荷答案d解析当将带正电q的小球放入m的空腔中时，由于静电感应，m的内表面带负电，而外表面带正电，其电荷量为q，它与原来金属球m外表面所带的电荷q正好中和，使外表面不带电这实际上是m所带电荷q被吸引至内表面，所以金属球m外部不存在电场，不能使p产生静电感应，p上没有感应电荷当将带正电q的小球放入原来不带电的n的空腔中时，由于静电感应，n内表面带负电荷，外表面带正电荷，n外部有电场，使r产生静电感应，使左端带负电，右端带正电，故选项d正确借题发挥对静电屏蔽问题的分析，关键是抓住静电感应现象的特点并认识到感应电荷的分布.静电平衡中的感应电场1处于静电平衡状态的导体，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合场强为零答案d静电平衡状态导体的特征图1952如图195所示为一空腔球形导体(不带电)，现在将一个带正电的小金属球a放入空腔中，当静电平衡时，图中a、b、c三点的场强e和电势的关系是()aeaebec，abcbeaebec，abcceaebec，abcdeaeceb，abc答案d解析空腔球形导体在正电荷a的电场中感应的结果如图所示，从电场线的疏密可确定a点场强大于c点场强，而b点场强为零，故eaeceb，而沿着电场线电势降低，故abc，d选项正确静电防护和静电屏蔽的应用3电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，下列说法正确的是()a铜丝编织的衣服不易拉破b电工被铜丝衣服所包裹，使体内电势为零c电工被铜丝衣服所包裹，使体内电场强度为零d铜线电阻小，能对人体起到保护作用答案c解析高压线路的检修人员在进行高压作业时，要穿上用金属丝网制成的高压作业服，相当于把人体用金属网罩起来这样，外部电场就不会影响到人体，从而避免了感应电场对人体的伤害故选项c正确.(时间：60分钟)题组一静电的防止与应用1下列措施中，属于防止静电危害的是()a油罐车后有一条拖在地上的铁链条b小汽车上有一根露在车面上的小天线c在印染厂中保持适当的湿度d在地毯上夹杂0.050.07 mm的不锈钢丝导电纤维答案acd解析b选项属于防止静电屏蔽2某农村小塑料加工厂的高频热合机(焊缝用)产生的电磁波频率和电视信号频率接近，由于该村尚未通有线电视信号，空中的信号常常受到干扰，在电视荧屏上出现网状条纹，影响正常收看为了使电视机不受干扰，可采取的办法是()a将电视机用一金属笼子罩起来b将电视机用一金属笼子罩起来，并将金属笼接地c将高频热合机用一金属笼子罩起来d将高频热合机用一金属笼子罩起来，并将金属笼接地答案d解析为了使电视机能接收电磁波信号，但又不接收高频热合机产生的电磁波，应将高频热合机产生的电磁波信号屏蔽，而接地金属笼子具有屏蔽内电场的作用，故选项d正确3下列与静电屏蔽无关的是()a避雷针的顶端做的很尖细b用几万伏的高压电电击关在金属笼里的鸟，而鸟安然无恙c超高压带电作业的工作人员穿戴的工作服用包含金属丝的织物制成d电视闭路线芯外常包有一层金属网答案a解析避雷针是应用尖端放电的原理，其余三项均是利用了金属对内部的静电屏蔽作用题组二静电平衡中的感应电场图1964如图196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，下列物理量中等于零的是()a导体空腔内任意点的场强b导体空腔内任意点的电势c导体外表面的电荷量d导体空腔内表面的电荷量答案abd解析静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，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零，选项b正确导体外表面受带电体q的影响，所带电荷量不为零，故选项c不正确图1975如图197所示，在真空中把一绝缘导体向带负电的小球p缓缓靠近(不相碰)，下列说法中正确的是()ab端的感应电荷越来越多b导体内场强越来越大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答案ac解析a离的越近，导体上的电子与负电荷排斥力越大，越会向左排斥，故n端带负电荷越多，m端带的正电荷也越多，故a正确；b.导体处于静电平衡状态，内部场强处处为零，故b错误；c、d.导体处于静电平衡状态，内部场强处处为零，即感应电荷的场强和带电小球的场强等大、反向、共线，由于带电小球在m点产生的场强大，故感应电荷在m点产生的场强也大，故c正确，d错误；故选ac.题组三静电平衡中电场线及电荷分布6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的方向在下图中正确的是()答案a解析感应电荷在盘中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7一个不带电的空心金属球，在它的球内放一个正电荷如图所示，其电场分布正确的是()答案cd解析空心金属球内放一正电荷，由于静电感应使金属球壳带正电，球壳上达到静电平衡，内部场强为零，当外壳接地时，对外具有屏蔽作用，故选项c、d正确图1988如图198所示，原来不带电的金属球壳内壁接地，将一带正电的小球放入其中，但不与球壳接触，则()a球壳内壁带负电b球壳外壁带正电c球壳外壁不带电d若将接地线去掉再移去正电荷，球壳外壁带负电答案acd解析球壳内正电荷产生电场，使球壳处于静电平衡状态，在球壳的内表面出现等量异种电荷，球壳的外表面出现等量同种电荷，当球壳接地时，不论内表面接地还是球壳外表面接地，待稳定后球壳的电势必定为零球壳的外表面无感应电荷，球壳外也没有静电场，这就是接地导体壳的静电屏蔽作用故a、c选项正确若将接地线去掉再移去球壳内正电荷时，球壳内表面的负电荷就会分布到球壳的外表面上，内壁不再带电故d选项正确图1999如图199所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器a和一个带正电荷的空腔导体b.下列实验方法中能使验电器箔片张开的是()a用取电棒c(带绝缘柄的导体棒)先跟b的内壁接触一下后再跟a接触b用取电棒c先跟b的外壁接触一下后再跟a接触c用绝缘导线把验电器a跟取电棒c的导体部分相连，再把取电棒c与b的内壁接触d使验电器a靠近b答案bcd解析a项中先和b的内壁接触后，由于b的内壁本身没有电荷，所以再接触a时验电器箔片不张开；b项中可以使c球带电，从而使a带电；c项中用绝缘导线实际上是将验电器a和b连成了一个导体，a因接触而带电；d项中是感应起电所以b、c、d项正确10如图，四组静电实验中，能使左边的验电器的金箔张开的是()答案ac解析处于静电平衡状态下的导体所带的电荷都分布在导体的外表面，用导线连接之后，左边的金箔也是外表面，故a、c均正确，b错误d选项中由于静电屏蔽的作用，验电器不受外电场的影响，故金箔是闭合的图191011如图1910所示，在两个带等量异种电荷的绝缘导体球之间，对称地放着两个相同的导体ab