3-1(7)静电现象的应用

学习目标：1.通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念。2.知道处于静电平衡的导体的特征3.知道处于静电平衡状态的导体上电荷的分布规律------E置于电场中的导体，自由电荷受电场力作用，将发生定向移动。一、静电平衡状态下导体的电场-----E在导体两端，积聚等量异种电荷，即静电感应现象。-----E感应电荷在导体内部产生反方向的电场E’，与原电场叠加。只要内部合场强不为零，自由电子就会继续做定向移动。E’-----E感应电荷的电场增到与外电场相等时，即E’=E时，内部合场强为零时，电荷不再发生定向移动。E’=EEE内=01.静电平衡状态:导体表面和内部电荷停止定向移动的状态。导体内部场强处处为零导体是等势体,表面为等势面导体外部表面附近场强方向与该点的表面垂直若不为零会出现何现象?若不垂直会出现何现象?为什么会如此?2.处于静电平衡状态导体的特点：++++++++--------E++++++++--------E地球是一个极大的导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它是一个等势体。这是我们可以选大地做零电势体的一个原因。对于一孤立的带电导体，内部场强为零的本质是：导体表面所带全部电荷在内部任一处产生的电场强度的矢量和为零。二、导体上电荷的分布研究静电平衡时导体内部的电荷现象:•甲:A的箔片张角逐渐增大•乙:A的箔片始终没有张开结论:•导体内部没有电荷,电荷分布在导体的外表面•导体表面越尖锐的位置电荷越密集,凹陷的位置几乎没有电荷为什么?--法拉第圆筒实验初态：B带电，A不带电甲乙1、导体内没有电荷,净电荷电荷只分布在导体的表面。2、在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大,凹陷处几乎没有电荷。导体上电荷的分布小结净电荷是指导体内正、负电荷中和后所剩下的多余电荷.这里说的净电荷可以是静电感应所产生的感应电荷,也可以是一个孤立的带电体所带的电荷。1．关于静电平衡，下列说法中正确的是A．当导体达到静电平衡时，导体上任意两点间的电势一定相等B．当导体达到静电平衡时，其外表面附近的电场方向一定与导体的表面垂直C．绝缘体也有静电平衡状态D．达到静电平衡时，电荷分布在导体的外表面ABD2.如图所示在真空中把一绝缘导体AB向带负电的小球P缓慢的靠近时，下列说法正确的是（）A、B端的感应电荷越来越多B、导体内部场强越来越大C、导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的的场强D、导体的感应电荷在M、N两点产生的的场强相等MBANP3．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()Ｄ4．为一空腔球形导体(不带电)，现将一个带正电的小金属球放入腔中，当静电平衡时，图中A、B、C三点的场强E和电势φ的关系是：（)·QABcDCBACBAEEEA.CBACBAEEEB.CBACBAEEEC.CBABCAEEED.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？这种说法是错误的．5.如图所示，一个原来不带电的中空金属球壳，上开一个小孔，若将一个带负电的小球放入且不与球壳接触，则球壳内表面带______电，外表面带______电；若用手接触一下球壳后球壳内表面带______电，外表面______；正负正不带电注意：（1）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（2）一般取无穷远处或大地的电势为零。6.长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q的点电荷放在与棒的左端距离为R的地方，如图所示。达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强有多大？方向如何？RLO+q答：达到静电平衡后导体内部处处场强为零则E感＝E源＝k(R+L/2)2E感方向与E源方向相反，即指向点电荷+q.q7.带电量分别为+Q和-Q的两个点电荷相距为r，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，感应电荷在两点电荷连线中点O处产生的场强大小为多大？方向怎样？+Q-QO·EEE2212221rQ8kEEErQ4k)2r(QkEE解:方向水平向左8.在孤立点电荷＋Q的电场中，金属圆盘A处于静电平衡状态。若金属圆盘平面与点电荷在同一平面内，在圆盘A内a、b、c三点标出由盘上感应电荷形成的附加电场的三条电场线(用实线表示，要求严格作图)。A＋Q··abc···9.一个带绝缘座的空心金属球A带有4×10-8C的正电荷,有绝缘柄的金属小球B带有2×10-8C的负电荷,使B球和A球的内壁接触,如图所示,则A、B各带电荷量为（）A.QA=10-8C,QB=10-8CB.QA=2×10-8C,QB=0C.QA=0,QB=2×10-8CD.QA=4×10-8C,QB=-2×10-8CBAB第二课时学习目标：1：了解尖端放电现象。2：了解静电屏蔽现象及其技术上的应用尖端放电正负电荷奔向异种电荷导体尖端电荷密度大尖端周围电场强空气中残留带电粒子剧烈运动空气电离尖端失去电荷尖端放电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“撞散”，使分子中的正负电荷分离，这种现象叫电离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。尖端放电的原理是什么？避雷针（1）避雷针的原理：带正（负）电的云层靠近避雷针时，因同种电荷相互排斥，异种电荷相吸引，电子由大地流向避雷针尖端（电子由避雷针尖端流向大地），避雷针上端留下异种电荷，当电荷积累到一定程度时，通过尖端放电，逐渐中和云层中的电荷,达到避免雷击的目的。（2）为了更好的应用尖端放电原理中和云层中的电荷，避雷针的上端做成几股针尖状三.避雷针------+++++++思考:空心导体壳内的验电器箔片会张开吗?静电屏蔽:静电平衡时,空心导体壳可保护其内部区域不受外电场影响的现象.不会因为导体壳内部合场强为零.四.静电屏蔽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．因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，对内实现了屏蔽，其内部区域不受外电场影响对内静电屏蔽本质：是静电感应静电屏蔽的另一种形式金属罩接地后，地上的自由电子，沿导线向上移动，把金属罩外部的正电荷中和，结果，小球的电场被控制在金属罩的内部，外部不再受影响。接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响•①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．•②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．当空腔接地时，外表面的感应电荷将因接地传给地球，外部电场消失，对外起到屏蔽作用，外部不再受腔内电场的影响对外静电屏蔽例1.在图所示的实验中，验电器的金属箔会张开的是：（）QQQABC金属网绝缘底座地面BA图属于内屏蔽，C图属于外屏蔽。注意观察：B图和C图不同。金属网罩一个接地，一个不接地。超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的。电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层铅皮等。三条输电线的上方还有两条导线，与大地相连，形成一个稀疏的金属网，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。静电屏蔽的应用2．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，ＢAB3.如图所示，把原来不带电的金属球壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不于B发生接触，达到静电平衡后，则：A、B的空腔内电场强度为零B、B不带电C、B的内外表面电势相等D、B带负电4．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BBCD5.在水平地面上放置的光滑金属板的上表面绝缘,在其中心正上方有一带正电Q的金属小球（可视为质点，且不影响原电场）自左以初速度v0向右运动，则在运动过程中（）A.小球做先减速后加速运动B.小球做匀速直线运动C.小球受到电场力的冲量为零D.小球受到电场力做的功为零+Qv0BD•6.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．•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θ，则棒上两端点a、b间的电势差Uab为()•A．EL•B．ELsinθ•C．ELcosθ•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知识梳理图