高中物理人教版课件选修3-1 1.7静电现象的应用（数理化网 为您收集整理）

1、7 静电现象的应用1.1.通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念平衡的概念, ,知道处于静电平衡的导体的特征。知道处于静电平衡的导体的特征。2.2.通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点。通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点。3.3.了解尖端放电和静电屏蔽现象，关注生活、生产中的静电现了解尖端放电和静电屏蔽现象，关注生活、生产中的静电现象。象。 重点：掌握静电平衡的概念，理解导体处于静电平衡状态的特征。重点：掌握静电平衡的概念，理解导体处于静电平衡状态的特征。难点：应用静电平衡的知识，理解静电平衡的特

2、征，认识导体的难点：应用静电平衡的知识，理解静电平衡的特征，认识导体的 电荷分布特点。电荷分布特点。一、静电平衡状态下导体的电场一、静电平衡状态下导体的电场1.1.静电感应现象静电感应现象把导体放入电场中，导体内部的自由电荷在把导体放入电场中，导体内部的自由电荷在_作用下定向作用下定向移动，而使导体两端出现移动，而使导体两端出现_的现象。的现象。电场力电场力等量异种电荷等量异种电荷2.2.静电感应因果关系静电感应因果关系自由电荷自由电荷 异种电荷异种电荷 定向移动定向移动 3.3.静电平衡静电平衡(1)(1)定义：导体中定义：导体中( (包括表面上包括表面上) )没有电荷没有电荷_的状态。的状

3、态。(2)(2)特点特点: :导体内部场强处处为导体内部场强处处为_。导体是个导体是个_，表面是个，表面是个_。导体表面上任一点的电场线方向跟该点的表面导体表面上任一点的电场线方向跟该点的表面_。导体内部导体内部_电荷，电荷分布在导体的电荷，电荷分布在导体的_。且在导体。且在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度表面，越尖锐的位置，电荷的密度_，凹陷的位置几乎，凹陷的位置几乎_。 等势体等势体等势面等势面没有没有外表面外表面越大越大没有电荷没有电荷定向移动定向移动零零垂直垂直二、尖端放电二、尖端放电 静电屏蔽静电屏蔽1.1.尖端放电尖端放电(1)(1)尖端放电：空气被电离后，那些所带电荷与导体尖端

4、的电荷尖端放电：空气被电离后，那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被符号相反的粒子，由于被_而奔向尖端，与尖端上的电荷而奔向尖端，与尖端上的电荷_，相当于导体从尖端，相当于导体从尖端_的现象。的现象。(2)(2)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_会减少电能的损失。会减少电能的损失。吸引吸引中和中和失去电荷失去电荷避雷针避雷针表面尽量光滑表面尽量光滑2.2.静电屏蔽静电屏蔽(1)(1)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_电场，因而电场

5、，因而金属的外壳会对其金属的外壳会对其_起保护作用，使其起保护作用，使其_不受不受_影响的现象。影响的现象。(2)(2)应用：电学仪器外面有应用：电学仪器外面有_，野外高压线上方还有，野外高压线上方还有 _与大地相连，都是利用静电屏蔽消除外电场的影响。与大地相连，都是利用静电屏蔽消除外电场的影响。没有没有内部内部内部内部外部电场外部电场金属壳金属壳两条导线两条导线【判一判【判一判】(1)(1)处于静电平衡的导体内部场强处处为零是因为导体内部无电处于静电平衡的导体内部场强处处为零是因为导体内部无电场。场。( )( )(2)(2)一个带电金属球，增加它带的电荷量，稳定后其内部场强不一个带电金属球，

6、增加它带的电荷量，稳定后其内部场强不变。变。( )( )(3)(3)避雷针是应用了尖端放电的原理。避雷针是应用了尖端放电的原理。( )( )提示：提示：(1)(1)处于静电平衡的导体内部场强处处为零是因为感应处于静电平衡的导体内部场强处处为零是因为感应电荷的场强和外电场合场强为零，而不是导体内部无电场，故电荷的场强和外电场合场强为零，而不是导体内部无电场，故(1)(1)错误。错误。(2)(2)当达到静电平衡时，金属球内部场强处处为零，与金属球当达到静电平衡时，金属球内部场强处处为零，与金属球带电量无关，故带电量无关，故(2)(2)正确。正确。(3)(3)避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施，

7、通过避雷针避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施，通过避雷针尖端放电后，建筑物不至于积累过多的电荷而遭雷击，故尖端放电后，建筑物不至于积累过多的电荷而遭雷击，故(3)(3)正确。正确。 静电平衡状态下的导体静电平衡状态下的导体1.1.探究静电平衡状态下导体的电场探究静电平衡状态下导体的电场(1)(1)如图，将一不带电的金属导体如图，将一不带电的金属导体ABCDABCD放到电场强度为放到电场强度为E0E0的电的电场中，讨论：导体内部自由电子怎样移动场中，讨论：导体内部自由电子怎样移动? ?电子的聚集最终会电子的聚集最终会出现怎样的结果出现怎样的结果? ?提示提示: :将呈电中性状态的金属导体放入

8、场强为将呈电中性状态的金属导体放入场强为E E0 0的静电场中的静电场中, ,导体内自由电子便受到与场强导体内自由电子便受到与场强E E0 0方向相反的电场力作用。方向相反的电场力作用。自自由电子要向电场由电子要向电场E E0 0的反方向做定向移动的反方向做定向移动, ,并在导体的一个侧面并在导体的一个侧面聚集聚集, ,使该侧面出现负电荷使该侧面出现负电荷, ,而相对的另一侧出现而相对的另一侧出现“过剩过剩”的的等量的正电荷等量的正电荷, ,导体沿着电场强度方向两端出现等量异种电荷。导体沿着电场强度方向两端出现等量异种电荷。等量异种电荷在导体内部形成与场强等量异种电荷在导体内部形成与场强E E

9、0 0反向的场强反向的场强E,E,在导在导体内任一点的场强可表示为体内任一点的场强可表示为:E:E内内=E=E0 0+E,+E,因附加电场因附加电场EE总与外总与外电场电场E E0 0方向相反方向相反, ,叠加的结果削弱了导体内部的电场叠加的结果削弱了导体内部的电场, ,随着导体随着导体两侧感应电荷继续增加两侧感应电荷继续增加, ,附加电场附加电场EE增强增强, ,合场强合场强E E内内将逐渐减将逐渐减小小, ,当当E E内内=0=0时时, ,自由电子的定向移动也就停止了，这时就达到了自由电子的定向移动也就停止了，这时就达到了静电平衡状态。静电平衡状态。【误区警示【误区警示】在此问题中学生易出

10、现以下错误：在此问题中学生易出现以下错误：(1)(1)认为处于认为处于静电平衡的导体内部没有自由电荷了；静电平衡的导体内部没有自由电荷了；(2)(2)认为处于静电平衡认为处于静电平衡状态的导体内部无电场。为此教师要讲清楚两个问题：状态的导体内部无电场。为此教师要讲清楚两个问题：(1)(1)处处于静电平衡的导体，其静电荷分布在导体的外表面上，导体内于静电平衡的导体，其静电荷分布在导体的外表面上，导体内部没有电荷定向移动，但导体内部仍然有自由电荷，并且这些部没有电荷定向移动，但导体内部仍然有自由电荷，并且这些自由电荷还在做无规则热运动；自由电荷还在做无规则热运动； (2)(2)导体内部每一点都有两

11、个导体内部每一点都有两个电场，即感应电荷产生的电场和外电场，只是两电场叠加的结电场，即感应电荷产生的电场和外电场，只是两电场叠加的结果使得该点的合场强为零。果使得该点的合场强为零。(2)(2)试讨论：当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状发试讨论：当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状发生变化时生变化时, ,还会继续发生静电感应现象吗还会继续发生静电感应现象吗? ?如果继续发生静电感如果继续发生静电感应现象应现象, ,最终结果是什么最终结果是什么? ?提示提示: :当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状发生变化当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状发生变化时时, ,还会继续发生静电感应

12、现象还会继续发生静电感应现象, ,再次达到平衡。所以静电平衡再次达到平衡。所以静电平衡是一个动态的平衡。是一个动态的平衡。2.2.探究静电平衡状态下导体的电势探究静电平衡状态下导体的电势(1)(1)处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的场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与这点的表面有什么关系？强方向与这点的表面有什么关系？提示：提示：垂直。因为假如导体表面的电场强度方向与该点的表面垂直。因为假如导体表面的电场强度方向与该点的表面不垂直，则沿表面有电场强度的切向分量，在导体表面的自由不垂直，则沿表面有电场强度的切向分量，在导体表面的自由电荷将受到库仑力的作用而发

13、生定向移动，这与静电平衡相矛电荷将受到库仑力的作用而发生定向移动，这与静电平衡相矛盾，故外部表面附近任何一点的场强方向与这点的表面相垂直。盾，故外部表面附近任何一点的场强方向与这点的表面相垂直。(2)(2)处于静电平衡状态的导体，其电势情况是怎样的？处于静电平衡状态的导体，其电势情况是怎样的？提示：提示：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，表面电处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，表面电场强度垂直于导体表面。因此，当在导体内部移动电荷时，就场强度垂直于导体表面。因此，当在导体内部移动电荷时，就不受库仑力作用，没有库仑力做功，根据不受库仑力作用，没有库仑力做功，根据W=qUW=qU得

14、得U=0U=0，即导体，即导体内任意两点间的电势差为零，即等电势。所以电场中的导体是内任意两点间的电势差为零，即等电势。所以电场中的导体是一等势体，导体的表面是一等势面。一等势体，导体的表面是一等势面。【规律方法【规律方法】静电平衡的两种静电平衡的两种“观点观点”(1)(1)远近观远近观“远近观远近观”是指处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较近和是指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，而导体的中间部分可认较远的两端将感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分可认为无感应电荷产生。为无感应电荷产生。(2)(2)整体观整体观“整体观整体观”是指把两个或多个原来彼此

15、绝缘的导体接触或用导是指把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看做是一个大导体，再用线连接时，就可把它们看做是一个大导体，再用“远近观远近观”判判断它们的带电情况。断它们的带电情况。【探究归纳【探究归纳】1.1.静电平衡下导体的电场静电平衡下导体的电场导体内部的场强处处为零，表面处场强不为零，场强方向与表导体内部的场强处处为零，表面处场强不为零，场强方向与表面垂直。面垂直。2.2.静电平衡状态下导体的电势静电平衡状态下导体的电势导体是一等势体，导体的表面是一等势面。导体是一等势体，导体的表面是一等势面。【典例【典例1 1】如图所示，】如图所示，A A、B B为两个带等量为

16、两个带等量异号电荷的金属球，将两根不带电的金异号电荷的金属球，将两根不带电的金属棒属棒C C、D D放在两球之间，则下列叙述正确放在两球之间，则下列叙述正确的是的是( )( )A.CA.C棒的电势一定高于棒的电势一定高于D D棒的电势棒的电势B.B.当用导线将当用导线将C C棒的棒的x x端与端与D D棒的棒的y y端连接的瞬间，将有从端连接的瞬间，将有从y y流向流向x x的电子流的电子流C.C.若将若将B B球接地，球接地，B B所带的负电荷全部流入大地所带的负电荷全部流入大地D.D.若将若将B B球接地，球接地，B B所带的负电荷还将保留一部分所带的负电荷还将保留一部分【思路点拨【思路点

17、拨】解答本题应明确以下三点：解答本题应明确以下三点：(1)(1)要画出电场线辅助解题。要画出电场线辅助解题。(2)(2)电子带负电。电子带负电。(3)(3)要知道静电平衡的原理。要知道静电平衡的原理。【解析【解析】选选A A、B B、D D。由如图所示的电场线方向可知。由如图所示的电场线方向可知A A、B B、C C、D D的电势高低为的电势高低为A A C C D D B B。当用导线将。当用导线将C C棒的棒的x x端与端与D D棒的棒的y y端连接的瞬间，将有自由电子从电势低的端连接的瞬间，将有自由电子从电势低的D D棒流向电势高的棒流向电势高的C C棒，这时棒，这时C C与与D D已通

18、过导线连接为一个导体了，静电平衡后，它已通过导线连接为一个导体了，静电平衡后，它们的电势相等，们的电势相等，C C的的x x端仍带负电，端仍带负电，D D的的y y端仍带正电，而端仍带正电，而C C的右的右端及端及D D的左端均不带电，即的左端均不带电，即C C右端的正电荷与右端的正电荷与D D左端的负电荷中左端的负电荷中和掉了。当将和掉了。当将B B球接地时，一部分自由电子从低于大地电势的球接地时，一部分自由电子从低于大地电势的B B球上流向大地，而另一部分电子受到球上流向大地，而另一部分电子受到D D棒棒y y端正电荷的吸引而保端正电荷的吸引而保留在靠近留在靠近y y的近端处，如果把带正电

19、的的近端处，如果把带正电的A A球移走，接地的球移走，接地的B B球上球上的负电荷才全部流入大地。故选项的负电荷才全部流入大地。故选项A A、B B、D D正确。正确。【变式训练【变式训练】(2012(2012广州高二检测广州高二检测) )一个金属球原来不带电，一个金属球原来不带电，现沿着球的直径的延长线放置一个均匀带电细杆现沿着球的直径的延长线放置一个均匀带电细杆MNMN，如图所示，如图所示，则金属球上感应电荷所产生的电场在球内直径上则金属球上感应电荷所产生的电场在球内直径上a a、b b、c c三点三点的场强大小的场强大小E Ea a、E Eb b、E Ec c的大小关系为的大小关系为(

20、)( )A.EA.Ea a最大最大 B.EB.Eb b最大最大 C.EC.Ec c最大最大 D.ED.Ea a=E=Eb b=E=Ec c【解析【解析】选选C C。金属球处于静电平衡状态，其内部场强处处为。金属球处于静电平衡状态，其内部场强处处为零，即感应电荷产生的场强和外电场的场强叠加为零，由于零，即感应电荷产生的场强和外电场的场强叠加为零，由于c c点离带电细杆点离带电细杆MNMN较近，故带电细杆较近，故带电细杆MNMN在在c c点产生的场强较大，点产生的场强较大，则感应电荷在则感应电荷在c c点的场强也较大点的场强也较大,C,C正确。正确。 静电屏蔽静电屏蔽1.1.如图甲，使带正电的金属

21、球靠近验电器如图甲，使带正电的金属球靠近验电器, ,验电器的箔片是验电器的箔片是否张开否张开? ?若用一个金属网罩把验电器罩住若用一个金属网罩把验电器罩住, ,再让带电金属球靠再让带电金属球靠近验电器，如图乙所示近验电器，如图乙所示, ,验电器的箔片是否张开验电器的箔片是否张开? ?这些现象说这些现象说明了什么？明了什么？提示：提示：(1)(1)使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片张开。使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片张开。(2)(2)用一个金属网罩把验电器罩住，再让带电金属球靠近，验用一个金属网罩把验电器罩住，再让带电金属球靠近，验电器的箔片不张开。电器的箔片不张开。(3)(3)

22、验电器受到附近带电体的影响；金属验电器受到附近带电体的影响；金属网罩内的验电器不受附近带电体的影响。网罩内的验电器不受附近带电体的影响。2.2.如图甲如图甲, ,金属网罩不带电金属网罩不带电, ,罩内小球带正电罩内小球带正电, ,将验电器靠近金将验电器靠近金属网罩属网罩, ,验电器的箔片是否张开验电器的箔片是否张开? ?现把金属网罩接地现把金属网罩接地, ,如图乙，如图乙，则验电器的箔片是否张开则验电器的箔片是否张开? ?这些现象说明了什么这些现象说明了什么? ?提示：提示：(1)(1)金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属网罩，验电器箔片

23、张开。金属网罩，验电器箔片张开。(2)(2)把金属网罩接地，则验电器把金属网罩接地，则验电器箔片不张开。箔片不张开。(3)(3)这些现象说明网罩内带电体产生的电场能使这些现象说明网罩内带电体产生的电场能使外界受到影响；金属网罩接地，内部电场不影响外界。外界受到影响；金属网罩接地，内部电场不影响外界。【知识点拨【知识点拨】静电屏蔽静电屏蔽(1)(1)金属外壳不接地金属外壳不接地, ,则外表面会产生与内部带电体等量且同号则外表面会产生与内部带电体等量且同号的感应电荷的感应电荷, ,此时感应电荷的电场将对外界产生影响此时感应电荷的电场将对外界产生影响, ,这时金属这时金属外壳只能对外电场屏蔽外壳只能

24、对外电场屏蔽, ,却不能屏蔽内部带电体对外界的影响却不能屏蔽内部带电体对外界的影响, ,所以叫外屏蔽。所以叫外屏蔽。(2)(2)金属外壳接地金属外壳接地, ,即使内部有带电体存在即使内部有带电体存在, ,这时内表面感应的这时内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零电荷与带电体所带的电荷的代数和为零, ,而外表面产生的感应而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地。外界对壳内无法影响电荷通过接地线流入大地。外界对壳内无法影响, ,内部带电体内部带电体对外界的影响也随之而消除对外界的影响也随之而消除, ,所以这种屏蔽叫做全屏蔽。所以这种屏蔽叫做全屏蔽。(3)(3)为了防止外界信号的干扰为了防止

25、外界信号的干扰, ,静电屏蔽被广泛地应用到科学技静电屏蔽被广泛地应用到科学技术工作中。例如，电子仪器设备外面的金属罩术工作中。例如，电子仪器设备外面的金属罩, ,通讯电缆外面通讯电缆外面包的铅皮等包的铅皮等, ,都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。【探究归纳【探究归纳】静电屏蔽静电屏蔽(1)(1)不接地金属壳可以屏蔽外电场，但不能屏蔽内电场。不接地金属壳可以屏蔽外电场，但不能屏蔽内电场。(2)(2)接地金属壳内、外电场均能屏蔽。接地金属壳内、外电场均能屏蔽。(3)(3)静电屏蔽的本质是静电感应。感应电荷的电场和外电场在静电屏蔽的本质是静电感应。感应电荷的电场

26、和外电场在某点的合场强为零。某点的合场强为零。【典例【典例2 2】(2012(2012安庆高二检测安庆高二检测) )一个不带电的空心金属球，一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是图中的在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是图中的( )( )【思路点拨【思路点拨】解答本题应明确以下三点：解答本题应明确以下三点：(1)(1)静电感应的规律。静电感应的规律。(2)(2)静电平衡状态的特点。静电平衡状态的特点。(3)(3)电场线的分布规律。电场线的分布规律。【解析【解析】选选B B。根据静电感应，空心球的内侧感应出负电荷，。根据静电感应，空心球的内侧感应出负电荷，外表面带正电荷，球壳内部场强处处为零，电场线中断，根据外表面带正电荷，球壳内部场强处处为零，电场线中断，根据电场线的特点可知电场线的特点可知B B正确，正确，A A、C C、D D错误。错误。【变式训练【变式训练】如图所示，带电体如图所示，带电体Q Q靠近一个接靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷。在静电平衡地空腔导体，空腔里面无电荷。在静电平衡后，下列物理量中等于零的是后，下列物理量中等于零的是( )( )A.A.导体腔内任意点的场强导体腔内任意点的场强 B.B