湖南省邵阳市隆回县万和实验学校高中物理 1.7静电现象的应用课件 新人教版选修31.ppt

7 静电现象的应用 一 静电平衡状态下导体的电场1 静电平衡状态处于电场中的导体内外电场相互 使导体内部电场 直至为零 导体内部自由电子不再发生定向的状态 2 处于静电平衡状态下导体的特点 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整个导体是个 它的表面是个 地球是一个 叠加 减弱 移动 处处为零 等势体 等势面 等势体 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 三 尖端放电1 空气的电离 导体尖端电荷 电场很强 带电粒子在剧烈运动撞击空气分子 从而使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 没有 外表面 越大 没有电荷 密度很大 强电场的作用下 分离 吸引 中和 失去电荷 四 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 3 应用 1 是利用尖端放电避免雷击的一种设施 2 电学仪器和电子设备外面套有 通信电缆表面包一层 高压带电作业人员穿 通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号较弱 封闭 壳内场强 产生影响 金属网 避雷针 金属罩 铅皮 金属网衣 1 深刻理解静电感应现象 1 金属导体的特征 由做热振动的正离子和在它们之间做无规则热运动的自由电子组成 2 静电感应现象 导体内自由电荷在静电力作用下重新分布 导体两端出现等量的正负感应电荷的现象 3 导体的静电平衡 静电平衡状态 静电感应中 当感应出现的正 负电荷产生的附加场强e 大小等于外场强e0时 合场强e等于零 导体内部没有电荷定向移动的状态 导体静电平衡的条件 导体内部的合场强处处为零 4 静电平衡状态下导体特点 处于静电平衡状态的导体 内部的场强处处为零 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 电荷分布特点a 内外表面分布不同 电荷都分布在外表面 导体内部没有电荷 b 受导体的形状影响 电荷分布不均匀 越尖锐的地方 电荷分布的密度越大 外部附近的场强也越强 c 远近端 电荷的电性相反 电量相等 如右图所示 处于静电平衡状态的导体 离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷 即 远同近异 感应电荷在两端的外表面 导体右端较左端尖锐 电荷密度大 特别提醒 一个孤立的带电体 在自身所带电荷的电场中 处于静电平衡状态 具有静电平衡的所有特点 人与大地都是导体 在人摸 触 导体的过程中 带电体 人 大地组成一个新导体 地球往往是新导体的远端 长为l的导体棒原来不带电 现将一带电量为 q的点电荷放在距导体棒左端r处 如右图所示 当导体棒达到静电平衡后 棒上感应电荷在棒内中点处产生的场强大小等于 方向 解析 导体处于静电平衡状态时 导体内部合场强为零 这是点电荷q所形成的电场与棒两端出现的感应电荷所形成的附加电场在棒中叠加的结果 即e合 e1 e2 0 2 静电屏蔽的两种情况及本质 1 导体内部不受外部电场的影响 现象 由于静电感应 验电器箔片张开 如图甲 将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开 如图乙 即外部电场影响不到导体内部 本质 是静电感应 导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零 2 接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响 现象 a 如右图甲导体壳没有接地时 处于内部电场中 达到静电平衡 导体壳内外表面出现等量异种电荷 空间电场的电场线起于场源正电荷 终于导体壳内表面负电荷 再起于导体壳外表面正电荷 终于无穷远 壳内外表面之间场强处处为零 壳外场强不为零 b 导体壳接地后 如图乙所示 导体壳外的正电荷被大地负电荷中和 正电荷出现在地球的另一端无穷远处 空间电场起于场源正电荷终于导体壳内表面负电荷 导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零 导体外部空间不受内部电场影响 本质 仍然是静电感应 导体内表面感应电荷与壳内电场在导体壳表面以外空间叠加结果为零 下图中p是一个带电体 n是一个不带电的金属空腔 在下列情况下 放在绝缘板上的小纸屑 图中s 不会被吸引的有 解析 答案 ad no 4难点释疑 1 静电平衡状态的导体内部场强处处为零 导体的电势也为零 这种说法对吗 提示 这种说法是错误的 静电平衡状态的导体内部场强处处为零 电势不一定为零 因为电势具有相对性 电势的数值取决于零电势点的选取 因此不一定为零 2 如何利用接地的金属外壳消除带电体对外界的影响 提示 如图所示 a带有正电 外侧有一金属球壳b 由于静电感应 球壳b的内表面将感应出负电荷 b的外表面将带有等量的正电荷 因此在周围的空间将存在电场 若把导体b接地 则b的外表面不再带电 周围无电场 因此无论带电体a如何变化 对外界均无影响 3 导体接地问题的理解方法 等效法 提示 对于这个问题 我们可以利用 等效法 理解 导体接地后 把导体和大地等效为一个整体 导体是 近端 大地是 远端 近端 感应出异种电荷 远端 感应出同种电荷 教材资料分析 演示 使带电的金属球靠近验电器 但不接触 箔片是否张开 点拨 处于静电平衡状态的导体 有几种可能的情况 1 孤立的带电导体 2 不带电的导体放在电场中 或带电的导体放在电场中 不论何种情形 处于静电平衡状态的导体一定是 整个导体是一个等势体 其表面是一个等势面 因为处于静电平衡的导体 内部电荷不再定向移动 受合力必为零 所以电场强度e 0由u ed知 任意两点间的电势差也必定相等 所以整个导体是等势体 表面是等势面 如右图所示为空腔球形导体 不带电 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 的关系是 a ea eb ec a b cb ea eb ec a b cc ea eb ec a b cd ea ec eb a b c 解析 答案 d 跟踪发散 1 1 如右图所示 点电荷a和b带电荷量分别为3 0 10 8c和 2 4 10 8c 彼此相距6cm 若在两点电荷连线中点o处放一个半径为1cm的金属球壳 求球壳感应电荷在该中点处产生的电场强度 答案 5 4 105n c方向由o指向a 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 不与球接触 另有一个悬挂在细线上的带负电的小球b向c靠近 如右图所示 于是有 a a向左偏离竖直方向 b向右偏离竖直方向b a的位置不变 b向右偏离竖直方向c a向左偏离竖直方向 b的位置不变d a和b的位置都不变 思路点拨 小球a在金属壳c内 因金属壳的屏蔽作用而不受b球电场的影响 由于a的作用 c球外壳带正电将对b有力的作用 解析 带正电的小球a放在不带电的空心球c内 由于静电感应 空心球外壳带正电 内壁带负电 因此b所在处有电场 所以b在电场力作用下向右偏而靠近c 由于空心球能屏蔽b球的电场 所以 a所在处场强为零 故a球不受电场力 位置不变 故选b 答案 b 反思总结 对静电屏蔽问题要区分是哪种屏蔽形式 跟踪发散 2 1 在下列实验中 验电器的金属箔会张开的是 答案 b 1 在一个导体球壳内放一个电荷量为 q的点电荷 如下图所示 用ep表示球壳外任一点的场强 则 a 当 q在球壳中央时 ep 0b 不论 q在球壳内何处 ep一定为零c 只有当 q在球心且球壳接地时 ep 0d 只要球壳接地 不论 q在球壳内何处 ep 0解析 q在球壳内任何位置 只会影响球壳内的负电荷分布 球壳外部带正电荷会使外部场强不为零 所以a b错 而球壳接地会使外部电荷导入大地 所以外部场强才会为零 故c也错 选d 答案 d 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 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 答案 d 3 避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是 a 云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地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 以上说法都不对解析 带电荷的云层靠近避雷针时 在避雷针尖端感应出与云层相反的静电 达到一定程度就向空中放电 中和云层中的电荷 从而避免遭受雷击 所以只有b正确 答案 b 4 浙江理综 请用学过的电学知识判断下列说法正确的是 a 电工穿绝缘衣比穿金属衣安全b 制作汽油桶的材料用金属比用塑料好c 小鸟停在单根高压输电线上会被电死d 打雷时 呆在汽车里比呆在木屋里要危险解析 由静电屏蔽的知识可知 a d选项均错 金属可以消除多余的静电 b项正确 单根高压输电线上相距较近的两点之间电阻很小 因而电压较小 小鸟不会被电死 c选项错误 答案 b 5 具有一定厚度的空心金属球壳的球心位置处放一正电荷 下面中的四个图画出了其空间电场的电场线情况 符合实际情况的是 解析 静电平衡状态的导体内部 实体部分 场强处处为零 静电感应的结果使球壳上的电荷分布如图所示 答案 d 6 如右图所示 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跟取电棒c的导体部分相连 再把取电棒与b的内壁接触d 使验电器a靠近b 解析 在a选项中先和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 而b项中可以使c球带电 从而使a球带电 c项中用绝缘导线实际上将验电器和b连成了一个导体 a球因接触而带电 d项中是感应起电 所以b c d项正确 答案 bcd 7 如右图所示 在电场强度为e的匀强电场中 放置一长为l的金属细棒ab 它与场强e的夹角为 则棒上两端点a b间的电势差uab为 a elb elsin c elcos d 0解析 因为金属细杆ab是一导体 在电场中达到静电平衡状态时是一个等势体 外表面是一个等势面 所以uab 0 正确选项为d 答案 d 8 如下图所示 空心导体上方有一靠的很近的带电体 带有正电荷 有一束带负电的小液滴 重力不能忽略 以速度v水平飞入空心导体腔内 则小液滴的运动情况可能是 a 匀速直线运动b 变速直线运动c 向上偏转的曲线运动d 向下偏转的曲线运动答案 d 9 使带电的金属球靠近不带电的验电器 验电器的箔片张开 如下图所示表示验电器上感应电荷的分布情况 正确的是 解析 带