高中物理 19 静电现象的应用课件 新人教版选修31.ppt

高中物理 选修3 1 浙 第9讲静电现象的应用 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 使导体内部电场 直至为零 导体内部自由电子不再发生的状态 叠加 减弱 定向移动 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 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 3 处于静电平衡状态的整个导体是 它的表面是个 地球是一个 处处为零 垂直 个等势体 等势面 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 导体内部净电荷 净电荷分布在导体的 2 在导体表面 越尖锐的位置 电荷的密度 凹陷的位置几乎 没有 外表面 越大 没有电荷 3 尖端放电 1 空气的电离 导体尖端电荷很大 电场很强 带电粒子在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 由于被而奔向尖端 与尖端上的电荷 相当于导体从尖端的现象 密度 强电场 分离 吸引 中和 失去电荷 三 静电屏蔽1 定义 把一个电学仪器放在的金属壳里 即使壳外有电场 由于保持为零 外电场对壳内的仪器也不会的现象 2 实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器 也能起到屏蔽作用 封闭 壳内场强 产生影响 金属网 一 静电平衡的理解及应用1 静电平衡的实质 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 一金属球 原来不带电 现沿球直径的延长线放置一均匀带电细杆mn 如图1 9 1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 a ea最大b eb最大c ec最大d ea eb ec答案c 图1 9 1 解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合场强为零 设带电细杆在球内a b c三点产生的场强分别为ea eb ec 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 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 例2 当导体达到静电平衡时 场强方向的特征是 a 外电场e0消失b 感应电荷产生的附加电场e 为零c 导体内部的合场强e为零d 导体表面和内部的合场强为零答案c解析静电平衡导体感应场强与原场强大小相等 方向相反 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1 9 2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1 9 2 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1 9 3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1 9 3 例3 如图1 9 4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1 9 4 a p r上均出现感应电荷b p r上均没有感应电荷c p上有而r上没有感应电荷d p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