2019版物理人教版选修3-1课件：1.7 静电现象的应用

1、-1- 7 7静电现象的应用 -2- 目标导航知识梳理重难聚焦典例透析 1.知道静电感应产生的原因,理解什么是静电平衡状态。 2.理解静电平衡时,导体内部的电场强度处处为零,电荷只分布在 导体的外表面上。 3.知道处于静电平衡的导体是等势体,导体表面是等势面。 4.知道尖端放电、静电屏蔽现象及它们的应用。 -3- 目标导航知识梳理重难聚焦典例透析 1.静电平衡状态下导体的电场 (1)静电平衡状态:导体中(包括表面)自由电子不再发生定向移动, 我们就认为导体达到了静电平衡状态。 (2)静电平衡状态下导体的特点: 处于静电平衡状态的导体,内部电场处处为零。 处于静电平衡状态的整个导体是一个等势体,

2、它的表面是一个 等势面。 表面处的电场强度不为零,表面处的电场强度方向跟导体表面 垂直。 2.导体上电荷的分布 (1)处于静电平衡状态的导体,内部没有电荷,电荷只分布在外表 面。 (2)在导体表面,越尖锐的位置,电荷的密度(单位面积上的电荷量) 越大,凹陷的位置几乎没有电荷。 -4- 目标导航知识梳理重难聚焦典例透析 3.尖端放电 (1)空气的电离:使空气分子中的正负电荷分离,这种现象叫作空 气的电离。 (2)尖端放电:导体尖端的电荷密度很大,附近的电场很强,使周围 中性空气分子电离,变成带电离子,这些带电离子在强电场的作用 下加速撞击空气中的分子会使更多的空气分子电离,产生大量的正 负离子,

3、与导体尖端的电荷符号相反的离子被吸引到尖端,跟尖端 上的电荷中和,这相当于尖端失去电荷,这种现象叫作尖端放电。 (3)应用与防止:应用有避雷针;防止有高压输电设备导体的表面 尽量做得光滑,避免放电。 4.静电屏蔽 导体处于静电平衡时,内部电场强度处处为零,表现为电中性,若 导体是空腔的,空腔部分的电场强度也处处为零,无论导体外部的 电场是什么样的,电场都不会深入到导体内部,金属壳的这种作用 叫作静电屏蔽。 -5- 目标导航知识梳理重难聚焦典例透析 1.为什么处于静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为零 处在电场中的导体,导体中大量的电荷会在静电力的作用下发生 定向移动,在导体的两端出现等量异种

4、电荷,称为感应电荷。感应 电荷会在导体内部激发附加电场,该电场会阻碍电荷的定向移动, 只要外加电场还大于附加电场,电荷的定向移动就会继续进行,导 体两端的感应电荷就会进一步增加,附加电场就会进一步增强,阻 碍电荷的定向移动的力度会进一步加大,当外加电场与附加电场等 大时,电荷受力平衡,电荷的定向移动结束,导体处于静电平衡状态, 此时,外加电场与附加电场矢量和为零。 处于静电平衡的导体内部表现为电中性,若不是这样,导体内部 某一区域表现出某种电性,它激发的电场就会使电荷定向移动,直 到这一区域表现为电中性为止。 特别提醒金属导体中能自由移动的是电子,带正电的金属离子是 不动的。 -6- 目标导航

5、知识梳理重难聚焦典例透析 2.怎样理解静电屏蔽 静电屏蔽有两种情况: (1)导体内空腔不受外界电场的影响,如甲图所示。 -7- 目标导航知识梳理重难聚焦典例透析 (2)接地空腔导体内部电场强度不影响外部空间,如乙图所示。 第一种情况,因场源电荷产生的电场强度与导体球壳表面的感应 电荷在空腔内的电场强度矢量和为零,表现为导体内空腔不受外部 电场的影响,起到了屏蔽外部电场的作用。 第二种情况,当空腔导体接地时,地球与导体形成同一个导体,空 腔内壁是场源电荷的近端,感应异种电荷,地球是远端,感应同种电 荷,空腔导体的外表面没有感应电荷,可理解为内部电场对空腔外 不产生影响,对内部的电场起到了屏蔽作用

6、。 特别提醒静电屏蔽的实质就是静电感应。研究感应起电的方法 就是以场源电荷为参照,近端感应异种电荷,远端感应同种电荷。 -8- 目标导航知识梳理重难聚焦典例透析 类型一类型二类型三 静电平衡状态的特点 【例1】 如图所示,长为l的金属杆原来不带电,在距其左端r处放一 个电荷量为 q 的点电荷。问: (1)金属杆中点处的电场强度为多少? (2)金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的电场强度为多大? 点拨:内部电场强度处处为0,是因为两个电场的叠加。 -9- 目标导航知识梳理重难聚焦典例透析 类型一类型二类型三 解析:(1)导体棒处于静电平衡时内部电场强度处处为0,故金属杆 中点处电场强度为0。 (2

7、)内部电场强度是两个电场强度的叠加,所以E感-E=0 答案:(1)0 题后反思感应电荷的电荷量未知,故不能直接求出感应电荷在某 点的电场强度。 -10- 目标导航知识梳理重难聚焦典例透析 类型一类型二类型三 静电屏蔽现象的分析 【例2】 如图所示,将悬挂在细线上的带正电荷的小球A放在不带 电的金属空心球C内(不与内壁接触),另有一个悬挂在细线上的带 负电的小球B,向C球靠近,则() 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、B的位置都不变 点拨:小球A在金属球壳内,由于静电屏蔽的作用,不会受到外电场 的影响,

8、金属球壳C因静电感应,外表面是带电的,对B有力的作用。 -11- 目标导航知识梳理重难聚焦典例透析 类型一类型二类型三 解析:金属球壳C能屏蔽外部的电场,外部的电场不能深入内部,因 此小球A不会受到静电力的作用,不会发生偏转;金属球壳C处在电 荷A的电场中,内壁是近端,感应异种电荷带负电,外壁是远端,感应 同种电荷带正电,正的感应电荷在外部空间同样会激发电场,对小 球B有吸引的作用,小球B向右偏,选项B正确。 答案:B 题后反思A对B的作用不是直接的,而是通过C上的感应电荷对B 发生作用。这种情况下金属球壳C只能屏蔽外部电场,而不能屏蔽 内部的电场。若将球壳接地,则内外的电场均被屏蔽。 -12- 目标导航知识梳理重难聚焦典例透析 类型一类型二类型三 静电的应用和防止 【例3】 (多选)在下列措施中,能将产生的静电尽快导走的是() A.飞机轮子上搭地线 B.印染车间保持湿度 C.复印图片 D.电工钳柄装有绝缘套 -13- 目标导航知识梳理重难聚焦典例透析 类型一类型二类型三 解析:飞机在飞行中与空气摩擦时,飞机外表面聚集了大量静电 荷,降落时会给地面带来人员危害及火灾隐患,因此飞机降落时要 及时导走机身聚集的静电,采取的措施是在轮胎上安装搭地线或用 导电橡胶制造轮胎;在印染工作车间也同样容易产生静电,静电会 给车间带来火灾隐患,为防止