河南省焦作市沁阳一中高中物理 第一章第七节 静电现象的应用导学案 新人教版选修31(1).doc

河南省焦作市沁阳一中高中物理 第一章第七节 静电现象的应用导学案 新人教版选修3-1【要点导学】1静电感应现象放入电场中的导体，其内部的自由电子在电场力的作用下向电场的反方向作定向移动，致使导体的两端分别出现等量的正、负电荷。这种现象叫静电感应现象。2静电平衡状态导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。3处于静电平衡状态导体的性质(1)导体内部的场强处处为零。(2)导体表面上任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。(3)导体所带的净电荷只分布在导体的外表面上，导体内部没有净电荷。(4)处于静电平衡状态的导体是等势体，导体表面是等势面。(5)地球是个大导体，静电平衡状态的地球以及跟它相连的导体都是等势体。(6)孤立导体表面的电荷分布特点：在孤立导体表面，向外突出的地方电荷较密，比较平坦的地方电荷较疏，向里凹进的地方电荷最疏。因而导体尖端电荷面密度较大致使该处场强较大，从而可能使得空气被电离成导体而发生尖端放电现象。夜间看到的高压电线周围笼罩着的一层绿色光晕(电晕)就是一种微弱的尖端放电形式。尖端放电致使高压线及高压电极上电荷的丢失，因此，凡对地有高压的导体(或两个相互有高压的导体)，其表面都应尽量光滑。避雷针即利用尖端放电的道理制成的。3静电的防止和利用(1)危害静电由于吸附尘埃会给印刷、制药、合成纤维等工业生产中带来危害。静电对高精密仪器有干扰甚至毁坏作用。静电的最大危害是有可能因静电火花点燃某些易燃物质而引起爆炸。(2)防止最简单而又最可靠的办法是用导线把设备接地，这样可以把电荷引入大地，避免静电积累。油罐车尾部拖的铁链就是一根接地线。调节空气的温度也是防止静电危害的有效方法。(3)利用应用的原理：静电的应用原理都是让带电的物质微粒在电场力作用下奔向并吸附到电极上。静电除尘，静电植绒，静电喷涂，静电分选，静电复印。【知识梳理】1、电场的重要性质是_ _ 2、导体的重要特征是_ _ _ 3、静电感应现象:_ _4、静电感应现象的实质是_ _ 5、尖端放电的原理是_ _ 6、尖端放电的原理有何应用？避雷针的发展历史是怎样的？7、静电有哪些应用？ 8、 哪些地方应该防止静电？【探究一】静电平衡状态下导体的电场是怎样的？1问题：一个不显电性的金属中性导体放在电场中为何两端又能显示出电性呢？引入金属导体后会对空间各点的场强有影响吗？是什么作用使金属内的电子定向移动的？此移动一直进行吗？金属导体内部有电场吗？ 2理论分析：3结论：4如图在静电感应时用手摸一下导体，再移走源电荷，则导体带什么电？+若将导体接地则情况如何？左端接地呢？5静电平衡的特点：内部场强 （如果不满足则自由电子将 直至 _ ）导体的表面是 ，整个导体是 【探究二】导体上电荷的分布演示法1. 拉第圆筒实验2结论：净电荷分布在导体 导体表面附近电场线与表面 导体尖端处电荷密度 3理论分析： 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 ，导体就不是处于静电平衡状态+4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（为什么）【探究三】尖端放电 1导体尖端的电荷密度大，给周围环境带来了什么影响？+ 2尖端放电现象给我们什么启示？有哪些应用？【探究四】静电屏蔽1、 空腔导体的特点：净电荷只分布在 ，内表面 ，空腔内没有电场+2、 静电屏蔽:+ 外部电场对内部仪器没有影响 若将源电荷置于空腔内，则外对内没有影响，但内对外有影响 实验演示：将收音机置于金属网罩内则声音大小减小，若将球壳接地，则内外各不影响3、 应用:电学仪器和电子设备外面套有金属罩通信电缆版面包一层铅皮高压带电作业人员穿金属网衣通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱【典例精析】【例1】a、b为两个大小不等的导体球壳（rarb），分别有正电荷q与2q，如图（1）球壳b与a接触一下后，将b放进a球壳内与内表面接触，则a的带电情况是_，b的带电情况是_（2）球壳b与a接触一下后，将b球壳放进a球壳内，使a瞬间接地，再将b与a的内表面接触，则a的带电情况是_；b的带电情况是_【分析】（1）b与a接触一下后，两者电量重新分配由于a球壳比b球壳大，一定有电荷从b流向a，结果a球壳带电量qaq，b球壳带电量qb2q，qaqb=3q将b放进a球壳内与a接触，b球壳上的电荷将全部转移到a球壳外表面，a球壳外表面带电量为qa+qb=3q，b球壳不带电（2）b与a接触一下后，a球壳带电qaq，b球壳带电qb2q将b放进a球壳内，由于静电感应，a球壳内表面感应出电量-qb，a球壳外表面带电为qaqb=3qa瞬间接地后，a球壳外表面电荷中和再将b与a的内表面接触，两者电荷正好全部中和【答案】（1）外表面带电3q、不带电；（2）不带电、不带电【说明】由于静电平衡时，电荷只分布在外表面，所以a、b两球接触后，无论带电量如何分配，当b放进a内与a内表面接触后，它的电荷一定全部转移到a的外表面【例2】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（）aea最大 beb最大cec最大 dea=eb=ec【分析】金属球处在带电细杆的电场内，静电平衡时，带电细杆和金属球上感应电荷在球内各处产生的电场强度的合场强为零设带电细杆mn在球内a、b、c三点产生的场强分别为ea、eb、ec，达静电平衡时满足条件ea-ea=0， eb-eb=0， ec-ec=0由于c点离带电细杆最近，带电细杆在c点的场强最大，因此感应电荷在c点产生的场强也最大【答案】c【例3】导体球壳b带有正电荷q，其中放有导体球a，用细金属丝通过b上的小孔与地相连（细金属丝不与球壳b相碰），如图所示则导体球a( )a不带电 b带正电c带负电 d可能带正电，也可能带负电【分析】球壳b带正电荷后，附近的大地因感应将带负电荷由于导体球a与大地相连，因此，a上也会感应出一定量的负电荷【答案】c【说明】不少学生常套用静电屏蔽原理，错选成a应该注意：这里的导体a实际上并没有被屏蔽，它与大地等电势，可以看成是大地的一个组成部分并且，由于a的引入，球壳b的内壁也会带有一定量正电荷，当球壳b下方的开孔很小，不计金属丝影响时，球壳b内壁分布的正电荷总量与导体球a上感应的负电荷总量相等，电场线分布的示意图如图所示如果根据电容器的知识，对这个问题的理解更为清楚b球壳的内、外壳分别与导体球a及大地构成两个并联电容器b球壳的内、外壁相当于连在一起的两个带正电的极板，a球应带负电是确属无疑的了【同步练习】1在正电荷附近有两个绝缘导体m、n，由于静电感应发生了如图的电荷分布，当用导线将a d两点联接起来时，导线中是否有电流流过，如果有电流，电流的方向是怎样的？2如图所示，面积足够大的、板间距离为d的两平行金属板竖直放置，与直流电压为u的电源连接，板间放一半径为r（2rd）的绝缘金属球壳，c、d是球壳水平直径上的两点，则以下说法正确的是（ ）a由于静电感应，球壳上c、d两点电势差为ru/db由于静电感应，球壳中心o点场强为零c用手摸一下球壳，再拿去平行金属板，球壳带正电d用手摸一下球壳，再拿去平行金属板，球壳带负电【能力练习】1如图中，实心金属球a半径为r，带电量为q，点电荷b带电量为q.b与a球间的距离为r. 当b不存在而只有a存在且达到静电平衡状态时，电荷q在球心o处的电场强度等于_当点电荷b也同时存在并达到静电平衡时，球心o处的电场强度等于_，金属球上的电荷在球心o处产生的场强的大小等于_2如图所示，将一不带电的空腔导体a的内壁与一外壳接地的静电计相连，又将另一个带正电的导体b向a移动，最后b与a接触，此过程中静电计指针将会（ ）ab与a未接触时指针不张开，接触时变大b指针一直不张开cb与a未接触时指针不张开，接触时变小db与a靠近时指针张开，接触时张角最大3如图所示，两个相同的空心金属球m和n，m带-q电荷，n不带电，旁边各放一个不带电的金属球p和r（m、n相距很远，互不影响），当将带正电q的小球分别放入m和n的空腔时（ ）ap、r上均出现感应电荷bp、r上均没有感应电荷cp上有感应电荷，而r上没有感应电荷dp上没有感应电荷，而r上有感应电荷4如图所示，一个带正电的绝缘金属球壳a，顶部开一小孔，有两只带正电的金属球b、c，用金属导线连接，让b球置于球壳a内的空腔中，与内表面接触后又提起，c球放置在a球壳外，待静电平衡后正确的判断是（ ）ab、c两球都不带电bb球不带电，c球带电c让c球接地后，b球不带电d让c球接地后，a球壳空腔内的场强为零5如图所示，一导体球a带有正电荷，当只有它存在