高中物理《静电现象的应用》导学案 教科版选修11.doc

静电现象的应用1.通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论,了解静电平衡的概念,知道静电平衡的导体的特征。2.通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷的分布。3.了解尖端放电和静电屏蔽现象,关注生活、生产中的静电现象。1.静电平衡的定义当导体内部各点的合电场强度等于0时,导体内部的自由电子不再发生定向移动。这时我们就说导体达到了静电平衡。2.处于静电平衡的导体的特征 (1)处于静电平衡状态的导体,内部的电场处处为零。 (2)处于静电平衡状态的导体,其外表面附近任何一点的电场强度方向必定与这点表面垂直。 (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。3.静电平衡时导体上的电荷分布特点(1)导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的表面。(2)在导体的外表面,越尖锐的位置电荷的密度越大,凹陷的位置几乎没有电荷。4.尖端放电导体的尖端附近的电场很强,会使周围空气电离,电离产生的与导体尖端的电荷符号相反的粒子与尖端上的电荷中和,相当于导体从尖端失去电荷,这种现象叫作尖端放电。5.静电屏蔽由于导体壳内部的电场强度保持为零,壳外电场不会对壳内仪器产生影响,金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。主题1:探究静电平衡阅读教材中“静电平衡状态下导体的电场”部分的内容,参看下图回答下列问题。(1)如图甲所示,为什么金属导体在电场e0中会有电荷定向移动?把绝缘体也放入电场e0中也会有电荷定向移动吗?(2)如图乙所示,当导体abcd的两面分别聚集正负电荷时,会出现什么结果? (3)如图丙所示,为什么处于静电平衡的导体内部电场处处为零?导体内自由电子是否会一直定向移动?(4)用什么方法可以证明处于静电平衡状态的导体的外表面附近任何一点的电场强度必定与这点表面垂直?主题2:导体上电荷的分布阅读教材中“导体上电荷的分布”的相关内容,试回答处于静电平衡的导体上电荷的分布情况有什么特点。主题3:尖端放电阅读教材中“尖端放电”部分的内容,回答下列问题。(1)为什么导体尖端附近的空气容易发生电离?(2)“尖端放电”是不是导体尖端的电荷跑到空气中去了?(3)联系实际生产、生活,有什么地方利用和避免产生“尖端放电”?主题4:静电屏蔽阅读教材中的相关内容,回答下列问题。(1)进行如图甲、乙所示的实验,当绝缘金属球d与带电验电器b的空心金属筒c外表面接触后再接触不带电验电器a,发现了什么现象?当绝缘金属球与带电验电器b的空心金属筒c内表面接触后再接触不带电验电器a,又发现了什么现象?从中可以得出什么结论?(2)静电屏蔽利用了导体的什么性质?实现静电屏蔽是不是一定要用密封的空心金属?1.避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是()。a.云层中所带的电荷被避雷针通过导线导入了大地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.以上解释都不正确2.专门用来运输柴油、汽油的油罐车,在其尾部都装有一条拖在地上的铁链。关于铁链的作用,下列说法正确的是()。a.让铁链与路面摩擦产生静电,使油罐车积累一定的静电荷b.让铁链发出声音,以引起其他车辆的注意c.由于罐体与油摩擦产生了静电,罐体上的静电被铁链导入大地,从而避免了火花放电d.由于罐体与油摩擦产生了静电,铁链将油的静电导入大地,从而避免了火花放电3.如图所示,把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在一正电荷形成的电场中。导体处于静电平衡时,下列说法正确的是()。a.a、b两点电场强度相等,且都为零b.a、b两点电场强度不相等c.感应电荷产生的附加电场eaebd.当开关s闭合时,电子从大地沿导线向导体移动4.下列说法正确的是()。a.一定要用密闭的金属容器才能实现静电屏蔽b.金属网也能实现静电屏蔽c.在纸筒子外面包裹一层金属箔也能实现静电屏蔽d.带电作业的工人穿戴含有金属丝编织的衣服更安全拓展一、静电平衡下的导体1.如图所示,一导体球a带有正电荷,当只有它存在时,它在空间p点产生的电场强度的大小为ea。在a球球心与p点连线上放一带负电的点电荷b,当只有它存在时,它在空间p点产生的电场强度大小为eb。当a、b同时存在时,根据电场强度叠加原理,p点的电场强度大小应为()。a.ebb.ea+ebc.|ea-eb|d.以上说法都不对拓展二、静电屏蔽的应用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,如图所示。下列说法正确的有()。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的位置都不变拓展三、静电平衡状态的导体特征的应用3.如图所示,水平放置的长为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为r的某点。当导体棒达到静电平衡时,棒上感应电荷在棒内中点o处产生的电场强度大小为,方向为。静电现象的应用静电平衡状态导体处于静电平衡状态时的特点导体内部电场强度处处为零电场线与导体表面垂直导体表面是等势面,导体是个等势体电荷只分布在导体的外表面上尖端放电避雷针静电屏蔽答案课时1.7静电现象的应用知识体系梳理合电场强度自由电子定向零垂直等势等势表面尖锐凹陷强相反中和零影响重点难点探究主题1:(1)因为金属导体内有可以自由移动的电子,所以这些自由电子在电场e0中受到静电力的作用发生定向移动。虽然绝缘材料内部也有电荷,但不能自由移动,所以把绝缘体放入电场e0中,电荷虽然也受到静电力作用,却不会定向移动。(2)当导体abcd的两面分别聚集正负电荷时,在导体内部就会产生与e0方向相反的电场e,如题图乙中的虚线所示,这两个电场叠加,使导体内部电场强度减弱。(3)由于只要导体内部的电场强度不为零,自由电子就会继续定向移动,导体abcd两面的正负电荷就会继续增加,使电场e增强,直到导体内各点合电场强度为零时,导体内自由电子不再移动,这就是所谓的“静电平衡状态”。(4)可以用“反证法”,如图所示,假设处于静电平衡状态的导体的外表面附近a点的电场强度ea与这点表面不垂直,那么电场强度ea可以分解为与导体表面的切向分量e和法向分量e,导体上的自由电子就会在e的作用下发生定向移动,与导体处于静电平衡状态的前提相矛盾,故假设不成立,由此可知处于静电平衡状态的导体的外表面附近任何一点的电场强度必定与这点表面垂直。主题2:(1)导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外表面,导体内部电场强度为零。(2)电荷分布不均匀,越尖的地方电荷分布越多,越平的地方电荷分布越少。在导体的表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大,凹陷的位置几乎没有电荷。主题3:(1)由于导体的尖端的电荷密度很大,附近电场强度很强,导致附近空气中残留的离子发生剧烈运动,把空气分子撞散,所以导体尖端附近的空气更容易电离。(2)“尖端放电”并不是导体尖端的电荷跑到空气中去,而是空气电离产生的符号相反的电荷奔向尖端,与尖端的电荷中和了。(3)避雷针、电子点火器等就是利用尖端放电设施;高压设备要做到表面光滑就是要避免尖端放电造成危险和电能损失。主题4:(1)当绝缘金属球d与带电验电器b的空心金属筒c外表面接触后再接触不带电验电器a,发现a的箔片张开;当绝缘金属球d与带电验电器b的空心金属筒c内表面接触后再接触验电器a,发现a的箔片不张开。由此可以看出电荷只分布在空心金属筒外表面,其内表面没有电荷分布。(2)静电屏蔽利用了处于静电平衡状态的导体内部电场处处为零的性质,实现静电屏蔽不一定要用密封的空心金属,金属网也能起静电屏蔽的作用。基础智能检测1.b2.c3.ad4.bcd全新视角拓展1.d【解析】当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时,导体球上的电荷将均匀分布在导体球表面。根据题意,均匀分布在导体球a上的电荷在p点产生的电场强度为ea,当把点电荷b放在b点后,虽然导体球所带的总电荷量不变,但因静电感应,导体球上的电荷将重新分布,直到达到静电平衡。这时,导体球上的电荷在p点产生的电场强度ea不等于ea。由于点电荷b不涉及电荷如何分布的问题,它在p点产生的电场强度与周围是否存在其他电荷无关,所以仍为eb。当点电荷b与导体球a同时存在时,p点的电场强度应由ea与eb叠加而成,而不是由ea与eb叠加,这样就能立即断定a、b、c三个选项都是不对的。2.b【解析】带正电的小球a放在不带电的空心球c内,通过静电感应,空心球外壳带正电,内壁带负电。因此,金属空心球c外壳和带电小球b带异种电荷,所以b受