静电现象的应用

1、7 7、静电现象的应用、静电现象的应用1 1、静电感应、静电感应 把金属导体放在外电场把金属导体放在外电场E E0 0中，由于导体内的自由电子受电场力中，由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动，使导体表面出现感应电荷的现象叫静电感应。作用而定向移动，使导体表面出现感应电荷的现象叫静电感应。静电平衡状态下导体的电场静电平衡状态下导体的电场E0ABCD-0E2.静电平衡静电平衡-1 1、导体中自由电荷、导体中自由电荷在电场力作用下将发在电场力作用下将发生定向移动生定向移动. .EEE2 2、 导体两端出现感应导体两端出现感应电荷电荷, ,感应电荷在导体中感应电荷在导体中中产生反方向的附加场中产

2、生反方向的附加场. .0E-E-3 3、感应电荷的电场增到、感应电荷的电场增到与外电场相等时，导体内与外电场相等时，导体内合场强为零。自由电荷的合场强为零。自由电荷的定向移动停止定向移动停止 . .0E-E=04 4、静电平衡：导体、静电平衡：导体中无电荷定向移动中无电荷定向移动的状态的状态, ,就叫静电平就叫静电平衡状态衡状态. . 静电平衡静电平衡 发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场加电场EE和原电场和原电场E E在导体内叠加为零，即在导体内叠加为零，即E=EE=E时，自由电子停止定向移动，这时导体所处的状时，自由电子停止定向移动，这时导体所

3、处的状态叫静电平衡状态。态叫静电平衡状态。EEEE合=03 3、处于静电平衡状态导体的特点：、处于静电平衡状态导体的特点：（1 1）导体内部的场强处处为零）导体内部的场强处处为零（2 2）整个导体是一个等势体，表面是一个等势面）整个导体是一个等势体，表面是一个等势面BABAABqqUW0)(+-E 结论结论：导体处于静电平衡状态时，导体处于静电平衡状态时，其表面任一点场方向跟该点表面垂直。其表面任一点场方向跟该点表面垂直。3 3、处于静电平衡状态导体的特点：、处于静电平衡状态导体的特点：（1 1）导体内部的场强处处为零）导体内部的场强处处为零（2 2）整个导体是一个等势体，表面是一个等）整个导

4、体是一个等势体，表面是一个等势面势面（3 3）导体外部电场线与导体表面垂直）导体外部电场线与导体表面垂直例例1 1：如图所示接地金属球：如图所示接地金属球A A的半径为的半径为R R，球外，球外点电荷的电量为点电荷的电量为Q Q，到球心的距离为，到球心的距离为r r，该点，该点电荷的电场在球心的场强等于多少？电荷的电场在球心的场强等于多少？QRrA方向沿QO指向O,rQkE感应电荷无关点电荷Q产生的场强与:解2EE注意：注意：E E、EE和和E E合合的区别的区别E E由外电场决定，由外电场决定，E=EE=E，E E合合=0=0oE是点电荷是点电荷Q产生的电产生的电场（即外电场），场（即外电场

5、），E是是感应电荷产生的电场感应电荷产生的电场（附加场），（附加场），E合合是两是两个电场叠加后的合电场个电场叠加后的合电场注意：注意：（1 1）用导线把导体接地或用手触摸导体时，）用导线把导体接地或用手触摸导体时，可把导体和地球看成一个大导体可把导体和地球看成一个大导体（2 2）一般取无穷远处或大地的电势为零。）一般取无穷远处或大地的电势为零。练习练习1：带电量分别为：带电量分别为+Q和和-Q的两个点电荷相的两个点电荷相距为距为r，在两点电荷之间放入一个不带电的导体，在两点电荷之间放入一个不带电的导体棒，如图所示，当导体达到静电平衡后，感应棒，如图所示，当导体达到静电平衡后，感应电荷在两点电

6、荷连线中点电荷在两点电荷连线中点O处产生的场强大小处产生的场强大小为多大？方向怎样？为多大？方向怎样？+Q-QOEEE 2212221rQ8kEEErQ4k)2r(QkEE解:方向水平向左方向水平向左法拉第圆筒实验:12用两个带有绝缘手柄的金用两个带有绝缘手柄的金属小球分别接触带有电荷属小球分别接触带有电荷的金属圆筒的内壁和外壁的金属圆筒的内壁和外壁. .导体上电荷的分布导体上电荷的分布法拉第圆筒实验:12和外壁接触的小球使验电和外壁接触的小球使验电器箔片张开器箔片张开, ,表明金属筒外表明金属筒外壁有电荷分布壁有电荷分布. .法拉第圆筒实验:12和内壁接触的小球和内壁接触的小球不能使验电器箔

7、片不能使验电器箔片张开张开, ,表明金属筒表明金属筒内壁没有电荷分布内壁没有电荷分布. .静电平衡时导体上电荷的分布的特点静电平衡时导体上电荷的分布的特点（1 1）导体内部没有电荷，电荷只分布在）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面导体的外表面（2 2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷）在导体表面，越尖锐的位置，电荷密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷的位置几乎没有电荷尖端放电尖端放电尖端放电的原理是什么？尖端放电的原理是什么？导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的电场特别强，导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的电场特别强，会把空气分子会

8、把空气分子“撕裂撕裂”，使分子中的正负电荷分离，这，使分子中的正负电荷分离，这种现象叫电离。种现象叫电离。尖端放电的原理有何应用？尖端放电的原理有何应用？中性的分子电离后变成带负电的自由电子和带正电的离子，中性的分子电离后变成带负电的自由电子和带正电的离子，这些带电的粒子与导体尖端的电荷异号粒子，由于被吸引这些带电的粒子与导体尖端的电荷异号粒子，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避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施-+ 思

9、考思考: :空心导体壳内的验电器箔片会张开吗空心导体壳内的验电器箔片会张开吗? ?静电屏蔽静电屏蔽: :静电平衡时静电平衡时, ,空心导体壳可保护其空心导体壳可保护其 内部区域不受外电场影响内部区域不受外电场影响 的现象的现象. .不会不会 因为导体壳因为导体壳内部合场强为零内部合场强为零. .+思考思考:用金属网罩将验电器罩住用金属网罩将验电器罩住,会怎样呢会怎样呢? +思考思考: :用用金属网罩金属网罩将验电器罩住将验电器罩住, ,会怎样呢会怎样呢? ?该现象表明该现象表明金属网罩金属网罩也能起到静电屏蔽作用也能起到静电屏蔽作用. .类似事例类似事例: :通讯电缆外包金属层通讯电缆外包金属

10、层, ,电学仪器外套金属罩电学仪器外套金属罩. .思考思考:电力工作人员有时需要带电作业，怎电力工作人员有时需要带电作业，怎 样才能保证他们的生命安全？样才能保证他们的生命安全？ 全身穿戴金属丝网制成全身穿戴金属丝网制成的衣，帽，鞋，手套等。的衣，帽，鞋，手套等。 练习练习 当导体达到静电平衡状态时，其场强的特当导体达到静电平衡状态时，其场强的特征是：征是：( ) A. A.外电场外电场E E0 0消失。消失。 B.B.感应电荷产生的电场感应电荷产生的电场E E为零。为零。 C.C.导体内部合场强导体内部合场强E E内内 = = E E0 0 + E+ E=0=0。 D.D.导体表面和内部场强均为零。导体表面和内部场强均为零。CAB例例2：如图所示，把原来不带电的金属球壳：如图所示，把原来不带电的金属球壳B的的外表面接地，将一带正