201x高中物理 第一章 第7节 静电现象的应用 新人教版选修

1、名师课堂名师课堂一点通一点通第第一一章章静静电电场场新知预习新知预习巧设计巧设计要点一要点一要点二要点二第第7 7节节静静电电现现象象的的应应用用创新演练创新演练大冲关大冲关随堂检测归纳小结随堂检测归纳小结课下作业综合提升课下作业综合提升1了解静电平衡的概念，掌握静电了解静电平衡的概念，掌握静电 平衡的特征。平衡的特征。2了解静电平衡时带电导体上电了解静电平衡时带电导体上电 荷的分布特点。荷的分布特点。3了解尖端放电和静电屏蔽现象。了解尖端放电和静电屏蔽现象。 读教材读教材填要点填要点 1静电平衡状态下导体的电场静电平衡状态下导体的电场 (1)静电感应现象：静电感应现象： 放在电场中的导体其内

2、部自由电荷在放在电场中的导体其内部自由电荷在 作用下作用下定向移动，而使导体两端出现定向移动，而使导体两端出现 电荷的现象。电荷的现象。电场力电场力等量异号等量异号 (2)静电平衡状态：静电平衡状态： 导体中导体中(包括表面包括表面) 不再发生定向移动，我们就不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。认为导体达到了静电平衡状态。 (3)静电平衡状态下导体的特点：静电平衡状态下导体的特点： 处于静电平衡状态的导体，内部的处于静电平衡状态的导体，内部的 处处为零。处处为零。自由电子自由电子场强场强 处于静电平衡状态的整个导体是一个处于静电平衡状态的整个导体是一个 ，它，它的表面是一个等势

3、面。的表面是一个等势面。 表面处的场强不为零，表面处的场强方向跟导体表表面处的场强不为零，表面处的场强方向跟导体表面面 。等势体等势体垂直垂直 (4)导体上电荷的分布：导体上电荷的分布： 处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在分布在 。 在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面单位面积的电荷量积的电荷量) ，凹陷的位置，凹陷的位置 电荷。电荷。外表面上外表面上越大越大几乎无几乎无 关键一点关键一点人与大地都是导体，在人触摸导体的过人与大地都是导体，在人触摸导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体

4、，地球往往是新程中，带电体、人、大地组成一个新导体，地球往往是新导体的远端。导体的远端。 2尖端放电、静电屏蔽尖端放电、静电屏蔽 (1)尖端放电：尖端放电： 尖端放电：空气被电离后所带电荷与导体尖端的尖端放电：空气被电离后所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被电荷符号相反的粒子，由于被 而奔向尖端，与尖端而奔向尖端，与尖端上的电荷上的电荷 ，相当于导体从尖端，相当于导体从尖端 的现象。的现象。吸引吸引中和中和失去电荷失去电荷 应用和防止应用和防止 应用：应用： 是利用尖端放电避免雷击的一种设施。是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 防止：高压设备中导体的防止：高压设备中导体的 会减少电能

5、的会减少电能的损失。损失。避雷针避雷针表面尽量光滑表面尽量光滑 (2)静电屏蔽：静电屏蔽： 定义：当金属外壳达到静电平衡时，内部定义：当金属外壳达到静电平衡时，内部 电电场，因而金属的场，因而金属的 会对其内部起会对其内部起 作用，使它内作用，使它内部不受部不受 影响的现象。影响的现象。 应用：电子仪器和电子设备外面都有应用：电子仪器和电子设备外面都有 ，通，通信电缆外面包有一层信电缆外面包有一层 ，高压线路的检修人员要穿，高压线路的检修人员要穿 等，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。等，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。没有没有外壳外壳屏蔽屏蔽外部电场外部电场金属壳金属壳金属网金属网

6、屏蔽服屏蔽服 关键一点关键一点绝缘球壳中没有自由电荷，当放入外电绝缘球壳中没有自由电荷，当放入外电场时，不会发生静电感应现象，壳内场强也不会为零。场时，不会发生静电感应现象，壳内场强也不会为零。即不能起到屏蔽外电场的作用。即不能起到屏蔽外电场的作用。 试身手试身手夯基础夯基础 1. 如图如图171所示，在真空中把一绝所示，在真空中把一绝缘导体向带负电的小球缘导体向带负电的小球P缓慢地靠近缓慢地靠近(不接触，且未发生放电现象不接触，且未发生放电现象)时，下时，下列说法中正确的是列说法中正确的是 ()AB端的感应电荷越来越多端的感应电荷越来越多B导体内场强越来越大导体内场强越来越大图图171C导体

7、的感应电荷在导体的感应电荷在M点产生的场强大于在点产生的场强大于在N点产生的场强点产生的场强D导体的感应电荷在导体的感应电荷在M、N两点产生的场强相等两点产生的场强相等带负电小球带负电小球P在在M点产生的场强大于在点产生的场强大于在N点产生的场强，而点产生的场强，而导体内部的合场强处处为零，那么导体上的感应电荷在导体内部的合场强处处为零，那么导体上的感应电荷在M点产生的附加电场的场强就大于在点产生的附加电场的场强就大于在N点产生的附加电场的点产生的附加电场的场强，故选项场强，故选项C正确，选项正确，选项D错误。错误。答案：答案：AC2关于避雷针，以下说法正确的是关于避雷针，以下说法正确的是 (

8、)A避雷针避雷是中和云层的异种电荷避雷针避雷是中和云层的异种电荷B避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地C为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形D避雷针安装在高大建筑物顶部，而不必接地避雷针安装在高大建筑物顶部，而不必接地解析：解析：避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地，必须避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地，必须接到大地，故接到大地，故A、D项错，项错，B项正确；导体尖端的电荷密度项正确；导体尖端的电荷密度大，附近的电场很强，把避雷针顶端设计成球形不利于把大，附近的电场很强，把避雷针顶端设计成球形不利于把云层中的离

9、子吸引到尖端，故云层中的离子吸引到尖端，故C项错误。项错误。答案：答案：B3在点电荷在点电荷Q的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中中A点所激发的附加场强点所激发的附加场强E的方向在图的方向在图172中正确的中正确的是是 ()图图172解析：解析：在盘中在盘中A点激发的附加场强点激发的附加场强E应与应与Q在在A点产生的点产生的场强等大反向，故场强等大反向，故A正确。正确。答案：答案：A 1概念概念 如图如图173所示，金属导体中自所示，金属导体中自由电子受到导

10、体周围电场的电场力作由电子受到导体周围电场的电场力作用后向左移动，在右侧出现正电荷，用后向左移动，在右侧出现正电荷，导体两侧正、负电荷在导体内部产导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场反向的电场，因与原来的电场反向，叠加的生与原电场反向的电场，因与原来的电场反向，叠加的图图173结果是使原电场强度逐渐减弱，直至导体内部各点的合电结果是使原电场强度逐渐减弱，直至导体内部各点的合电场强度等于零为止，此时场强度等于零为止，此时FE内内q0，导体内的自由电子，导体内的自由电子不再发生定向移动，处于一个平衡状态，我们就说导体达不再发生定向移动，处于一个平衡状态，我们就说导体达到了静电平衡状态。到了静电

11、平衡状态。 2条件条件 内部电场处处为零，即内部电场处处为零，即E内内0。 由于静电感应，在导体两侧出现等量异种感应电荷，由于静电感应，在导体两侧出现等量异种感应电荷，感应电荷在导体内部形成与电场感应电荷在导体内部形成与电场E0反向的电场反向的电场E，在导体，在导体内任一点内任一点EE0，使得合电场强度，使得合电场强度E内内0。 名师点睛名师点睛一个孤立的带电体，在自身所带电荷的一个孤立的带电体，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。电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点。 1. 如图如图174所示，长为所示，长为L的金属的金属杆原来不带电，在距其左端杆原

12、来不带电，在距其左端r处放一个电处放一个电荷量为荷量为q的点电荷。问：的点电荷。问：图图174(1)金属杆中点处的场强为多少？金属杆中点处的场强为多少？(2)金属杆上的感应电荷在杆中点金属杆上的感应电荷在杆中点P处产生的场强。处产生的场强。思路点拨思路点拨内部场强处处为零，因为是两个电场的叠加。内部场强处处为零，因为是两个电场的叠加。 感应电荷的电荷量不是已知，故不能直接求出感应感应电荷的电荷量不是已知，故不能直接求出感应电荷在某点的场强，故由静电平衡条件求解。电荷在某点的场强，故由静电平衡条件求解。1导体内部不受外部电场的影响的情况导体内部不受外部电场的影响的情况图图175 (1)现象：由于

13、静电感应，验电器箔片张开。如图现象：由于静电感应，验电器箔片张开。如图175甲，将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，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。如图乙，即外部电场影响不到导体内部。 (2)本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电本质：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。场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零。2接地导体壳内部电场对壳外空间无影响情况接地导体壳内部电场对壳外空间无影响情况图图176 (1)现象：现象： 如图如图176甲导体壳没有接地时，处于内部电场甲导体壳没有接地时，处于内部

14、电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。 导体壳接地后，如图导体壳接地后，如图176乙所示，导体壳外的乙所示，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，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为无穷远处，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。零，导体外部空间不受内部电场影响。 (2)本质：仍然是静电感应，使导体内表面感应电荷本质：仍然是静电感

15、应，使导体内表面感应电荷与壳内电荷在导体壳表面以外空间叠加结果为零。与壳内电荷在导体壳表面以外空间叠加结果为零。 名师点睛名师点睛处于静电平衡的导体，内部场强为零，处于静电平衡的导体，内部场强为零，但电势不一定为零。但电势不一定为零。 2将悬挂在细线上的带正电的将悬挂在细线上的带正电的小球小球A放在不带电的金属空心球放在不带电的金属空心球C内内(不和球壁接触不和球壁接触)，另有一个悬挂在，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球细线上的带负电的小球B向向C靠近，靠近，如图如图177所示。下列说法正确的有所示。下列说法正确的有 ()图图177AA往左偏离竖直方向，往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向往

16、右偏离竖直方向BA的位置不变，的位置不变，B往右偏离竖直方向往右偏离竖直方向CA往左偏离竖直方向，往左偏离竖直方向，B的位置不变的位置不变DA和和B的位置都不变的位置都不变审题指导审题指导求解此题应注意以下三点：求解此题应注意以下三点：(1)金属球壳金属球壳(网网)可使内部电荷不受外部电场影响。可使内部电荷不受外部电场影响。(2)不接地金属球壳不接地金属球壳(网网)内的电荷对外部电荷有影响。内的电荷对外部电荷有影响。(3)接地金属球壳接地金属球壳(网网)内的电荷对外部电荷无影响。内的电荷对外部电荷无影响。 解析解析球球C对外界电场有静电屏蔽作用，使处于对外界电场有静电屏蔽作用，使处于C内内部的

17、部的A球不受外界电场影响，所以球不受外界电场影响，所以A不偏移。但不偏移。但A在在C的外的外表面感应出正电荷，也就是表面感应出正电荷，也就是C不能屏蔽内部电荷向外激发不能屏蔽内部电荷向外激发电场，所以电场，所以B将向右偏。将向右偏。 答案答案B 空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结的电场，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场，还是合电果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场，还是合电场作用的结果。场作用的结果。1(对应要点一对应要点一)处于静电平衡中的导体

18、，内部场强处处为处于静电平衡中的导体，内部场强处处为零的原因是零的原因是 ()A导体内部无任何电场导体内部无任何电场B外电场不能进入导体内部外电场不能进入导体内部C所有感应电荷在导体内部产生的合场强为零所有感应电荷在导体内部产生的合场强为零D外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结 果为零果为零解析：解析：导体内部场强处处为零是由于感应电荷的电场与外导体内部场强处处为零是由于感应电荷的电场与外电场叠加的结果，故电场叠加的结果，故D正确。正确。答案：答案：D2(对应要点二对应要点二)具有一定厚度的空心球壳的球心位置放置具有一定厚度的空心球壳的球心位

19、置放置一正电荷，图一正电荷，图178中画出了其空间电场的电场线分中画出了其空间电场的电场线分布情况，符合实际情况的是布情况，符合实际情况的是 ()图图178解析：解析：接地导体的内部电场不影响导体外部，导体外部的接地导体的内部电场不影响导体外部，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的感应异感应电荷都被排斥入地，在只有施感电荷和内壁的感应异种电荷的情况下，两部分电荷在导体外部任一点场强的叠种电荷的情况下，两部分电荷在导体外部任一点场强的叠加结果为零，加结果为零，A正确。处于静电平衡状态的导体内部正确。处于静电平衡状态的导体内部(即导即导体球壳内部实体部分体球壳内部实体部分)场强处处为零，由于静电感应使球壳场强处处为零，由于静电感应使球壳内表面带上了负电荷，外表面带上了正电荷，所以其空间内