辽宁省大连市高中物理 第1章 静电场 1.7 静电现象的应用课件 新人教版选修31.ppt

导入新课 带电作业的工人在强电压下工作 这是他们的工作服 鸟笼的鸟安然无恙 为什么 第一章静电场 1 7静电现象的应用 教学目标 1 知识与能力 在外加电场的作用下 知道导体达到静电平衡过程中自由电子的移动情况 会对整个过程进行分析 理解静电平衡的概念知道静电平衡后导体上的电荷分布情况 知道避雷针的整体构造 知道尖端放电的概念 2 过程与方法 通过实验理解静电平衡后导体上电荷的分布 并能对不规则物体的电荷分布进行分析 通过静电感应实验学会分析电荷的变化情况 3 情感态度与价值观 静电平衡 静电屏蔽 尖端放电等都是我们生活中常见的物理现象 会分析这些现象 并能将物理知识运用到生活中 教学重难点 教学重点 教学难点 静电平衡整个过程的分析导体达到静电平衡之后电荷的分布情况 静电屏蔽的应用 一 静电平衡状态下导体的电场 二 导体上电荷的分布 三 尖端放电 内容解析 四 静电屏蔽 一 静电平衡状态下导体的电场 把一个不带电的金属导体abcd放到场强为e0的匀强电场中 导体内的电子受到库伦力的作用 将向着与电场相反的方向移动 这样 在导体的ab面上将出现负电荷 在cd面上将出现正电荷 这就是前面研究过的静电感应现象 导体正负电荷和分开后在导体内部产生于外部电场e0方向相反的电场e1 它的电场线用虚线表示 在达到静电平衡状态前 可以通过图示表示感应电场e1的变化 由于e0 e1 电场方向向右 导体内的自由电子继续由cd面向ab面运动 直到e1继续增大 只要导体内部的场强不为零 自由电子就会继续做定向移动 导体内部的电荷就会继续增加 导体内的电场会进一步虚弱 直到导体内合场强为零 e0 e1 处于静电屏蔽状态下的导体内部场强处处为零 当导体内部场强为零时 导体内的电荷不在发生移动 这是我们说导体达到了静电平衡状态 静电平衡状态导体的特点 二 导体上电荷的分布 一个导体不论原来是否带电 放入电场之后 都会由于静电感应而在导体的不同部位出现不同电荷 如图所示 取两个验电器a和b 在b上装一个几乎封闭的空心金属筒c 使b和c带电 a不带电 d是带有绝缘柄的金属小球 使d跟c的外部接触 这样操作若干次 观察a箔片的变化情况 重复上述操作 不过这一次让d在c的内表面与a之间反复接触 观察a的箔片变化 观察现象 d接触c的外表面时 a箔片张开 d接触c的内表面时 a箔片不张开 静电平衡时 导体上的电荷分布有以下两个特点 1 导体内部没有电荷 电荷只分布在导体的表面 这是因为假如导体内部没有电荷 导体内部的场强就不可能为零 自由电荷就会发生移动 导体也就没有处于静电平衡状态 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 这两种现象都可以用同种电荷相互排斥来解释 静电平衡下 导体上的电荷分布 归纳 三 尖端放电 导体尖端的电荷密度很大 附近的电场很强 空气中残留的带电粒子在强电场的作用下 发生强烈的运动 把空气中的气体分子撞 散 也就是使分子中的正负电荷分离 这个现象叫做空气的电离 中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子 这些带电粒子在强电场的作用下加速 撞击空气中的分子 使它们进一步电离 产生更多的带电粒子 那些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 这相当于导体从尖端失去电荷 这个现象叫尖端放电 避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施 它是一个或几个尖锐的金属棒 安装在建筑物的顶端 用粗导线与埋在地下的金属板连接 保持与大地的良好接触 当带的雷雨云接近建筑物时 由于静电感应 金属棒出现于云层相反的电荷 通过尖端放电 这些电荷不断向大气释放 中和空气中的电荷 达到避免雷击的目的 尖锐的金属棒 粗导线 金属板 避雷针的构造及原理 尖端放电会导致高压设备上电能的损失 所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑 夜间高压线上会出现一层绿色光晕 俗称电晕 这是一种微弱的尖端放电现象 现代的避雷针往往具有很多组金属棒 做成蒲公英花的形状来增强避雷的效果 四 静电屏蔽 静电感应中 我们研究的是静电场中的导体 若导体是空心的呢 导体中的自由电子由于受到外加电场的作用 会沿与电场线相反的方向运动 直到自由电子运动到圆环左侧 其积累的电荷量产生的电场与静电场的电场强度相等 即达到静电平衡状态 达到静电平衡后 带空腔的内部场强处处为零 电荷分布在导体的外表面 导体内部无电荷分布 即导体壳内空腔里的场强处处为零 也就是说无论导体是什么样的 导体内部都不会有场强 由于静电感应 当验电器接近带点的金属球时 验电器的金属箔会张开 但是验电器外侧有金属罩时 验电器的张角并未发生变化 观察 以下两种情况下验电器张角的变化情况 一个不接地的金属网罩 或金属包皮 能把外电场遮住 使内部不受外电场影响 这就是静电外屏蔽 一个接地的金属网罩能同时把内外电场遮住 使内部不受外电场影响 外部不受内电场影响 这叫做静电全屏蔽 由此可以推倒出静电屏蔽的概念 把一个实心导体挖空 变成一个导体壳 在静电平衡状态下 壳内的场强处处为零 这样 导体壳就可以保护它所包围的区域 使这个区域不受外部电场的影响 这种现象叫做静电屏蔽 空腔导体接地时 在空腔导体的静电荷形成的电场 静电荷处于空腔导体中形成的电场 常用的包装带表面有一层金属箔膜也是用来保护产品 生活中静电屏蔽的应用 高压作业的工人工作服可以保护工人不受外部高电压的影响 课堂小结 将导体放在外加电场中 导体内的自由电子受到电场力的作用 会发生定向移动最终使导体的正负电荷分开 在导体内部产生一个与外加电场等大反向的电场 这两个电场叠加 使导体内部电场强度处处为零 这种现象叫做静电平衡 一 静电平衡状态下导体的电场 静电平衡的概念 处于静电平衡状态下的导体 内部的场强处处为零 处于静电平衡状态下的导体 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 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 静电平衡状态导体的特点 静电平衡时 导体上的电荷分布有以下两个特点 二 导体上电荷的分布 导体内部没有电荷 电荷只分布在导体的表面 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 中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子 这些带电粒子在强电场的作用下加速 撞击空气中的分子 使它们进一步电离 产生更多的带电粒子 那些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 这相当于导体从尖端失去电荷 这个现象叫尖端放电 三 尖端放电 四 静电屏蔽 把一个实心导体挖空 变成一个导体壳 在静电平衡状态下 壳内的场强处处为零 这样 导体壳就可以保护它所包围的区域 使这个区域不受外部电场的影响 这种现象叫做静电屏蔽 课堂练习 答案 b球壳内壁负电荷 外表面正电荷 内表面负电荷 外表面正电荷减少 a球不带电 b外表面带正电荷 2 带正电的底座绝缘导体球壳p周围放有四个原来不带电的小球 位置如图所示 当系统处于静待你平衡时 a a球带负电 由于处于待正电的金属球电场中 所以电势为正 b b球带负电 电势为零 c 由于c球用导线与p球内表面相连 所以c球部带电 但电势与p球相等 d d球带正电 电势为零 b 3 如图所示 为空腔导体 现将一个带正电的小金属球a放入腔内 静电平衡时 图中a b c三点的场强e和电势u的关系是 a 空腔导体壳层内 图中划线部分 各点场强为零 外表面的场强也为零 b 空腔导体壳层里面的各点电势相等 且高于外表面各点的电势而低于内表面各点电势 c 当把空腔导体内的外表面接地时 如果把另一个带正电的物体在壳外向b移近时 需要克服电场力做功 d 当把空腔导体的外表面接地时 壳层的内表面场强不为零 电势为零 4 如图所示 带正电的小球a放在空腔导体b内 静电平衡时 以下说法正确的是 d 5 如图所示 在厚金属板m附近放置一个负电荷q 比较图中a b c三点的场强ea eb ec大小的关系 教材习题答案 3 如果用导线的一段接触球的左侧 另一端接触球的右侧 导线不可能把球两侧的电荷中和 因为金属球是个等势体 导线链接的电势相等的两个点 电荷在这两点间不会移动 就像用水管连接澳督相等的两个装水容器 谁不会再水管内流动一样 2 答 3 答 点火器的放电电极做成针状是利用尖端放电现象