2019-2020学年高中物理 第一章 9 第7节 静电现象的应用课件 新人教版选修3-1

第7节静电现象的应用第一章静电场1.知道静电感应产生的原因．2.理解静电平衡状态，掌握导体处于静电平衡状态时它内部的电场强度及电荷分布特性．(重点＋难点)3.知道静电屏蔽及其作用．4.了解尖端放电现象．第一章静电场【基础梳理】一、静电平衡状态下导体的电场1．静电感应现象：把导体放入电场，导体内部的__________在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现______电荷的现象．2．静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部各点的合电场____________，导体内的自由电子不再发生____________的状态．自由电子异种等于0定向移动3．静电平衡状态的特征(1)处于静电平衡状态的导体，内部的电场强度____________．(2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的电场强度方向必与这点的表面______．(3)处于静电平衡状态的整个导体是个____________，导体的表面是个____________．处处为0垂直等势体等势面二、导体上电荷的分布静电平衡时，导体上的电荷分布有以下两个特点：1．导体内部______电荷，电荷只分布在导体的____________．2．在导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度______，凹陷的位置几乎____________．三、尖端放电和静电屏蔽1．电离：导体尖端的电荷密度______，附近的电场强度______，空气中的带电粒子剧烈运动，使空气分子被撞“散”而使正负电荷______的现象．没有外表面越大没有电荷很大很强分离2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷______，相当于导体从尖端失去电荷的现象．3．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场____________，外电场对壳内不会产生影响．中和处处为04．尖端放电和静电屏蔽的应用、防止(1)尖端放电①应用：____________是利用尖端放电避免雷击的一种设施．②防止：高压设备中导体的表面尽量______会减少电能的损失．(2)静电屏蔽的应用①电学仪器和电子设备外面会有金属罩，通信电缆外面包一层铅皮，可以防止外电场的干扰．②电工高压带电作业时，穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋子，可以对人体起到静电屏蔽作用，使人安全作业．避雷针光滑【自我检测】判断正误(1)处于静电平衡状态下的导体内部的外加电场与附加电场的矢量和为零，即导体内部的电场强度处处为零．()(2)静电平衡时，导体内部表现为电中性．电荷都分布在外表面，导体内部没有净电荷.()(3)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，不具有静电平衡的特点.()提示：(1)√(2)√(3)×探究思考如图所示，将一不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的匀强电场中．(1)导体ABCD内部自由电子怎样移动？电子的移动最终会出现怎样的结果？提示：①将呈电中性状态的金属导体放入电场强度为E0的静电场中，导体内自由电子便受到与电场强度E0方向相反的电场力作用，如图甲所示．②自由电子要向电场E0的反方向做定向移动，并在导体的一个侧面聚集，使该侧面出现负电荷，而相对的另一侧出现“过剩”的等量的正电荷，导体沿着电场强度方向两端出现等量异种电荷，如图乙所示．③等量异种电荷在导体内部形成与电场强度E0反向的电场强度E′，在导体内任一点的电场强度可表示为E内＝E0＋E′，因附加电场E′总与外电场E0方向相反，叠加的结果削弱了导体内部的电场，随着导体两侧感应电荷的继续增加，附加电场E′增强，合电场强度E内将逐渐减小，当E内＝0时，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，如图丙所示．(2)在问题(1)中导体上感应电荷在导体内某点产生的电场强度多大？提示：由于导体内电场强度为零，即感应电荷产生的电场与原电场的合电场强度为零，E′＝－E0.(3)处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的电场强度方向与这点的表面有什么关系？提示：垂直．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电场强度方向与这点的表面相垂直．(4)处于静电平衡状态的导体，其电势情况是怎样的？提示：处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零，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，就不受库仑力作用，没有库仑力做功，根据W＝qU得U＝0，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一等势体，导体的表面是一等势面．对静电平衡的理解1．静电平衡状态的实质：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E0反向的电场E′，在导体内任一点E′＝－E0，使得合电场强度E内＝0.2．对孤立带电导体的理解：孤立带电导体，达到静电平衡时，有两个基本特点：一是导体内部的电场强度处处为零，二是导体所带电荷只能分布在导体的外表面上．导体内部电场强度为零的本质是：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零．3．对静电平衡时导体上电荷的分布的理解(1)实心导体：导体内部无电荷，电荷只分布在导体外表面上．(2)空腔导体：空腔内无电荷时，电荷分布在外表面上(内表面无电荷)；空腔内有电荷时，内表面因静电感应出现等量的异号电荷，外表面有感应电荷．4．静电平衡的导体的电势：处于静电平衡的导体是等势体，表面是等势面，所以导体表面的电场线应与导体表面垂直．命题视角1对静电平衡现象的应用(2019·山东日照一中月考)如图所示，在原来不带电的金属细杆ab附近P处，放置一个正点电荷，达到静电平衡后()A．a端的电势比b端的高B．b端的电势比d点的低C．a端的电势不一定比d点的低D．杆内c处电场强度的方向由a指向b[思路点拨](1)沿电场线方向电势降低．(2)静电平衡时，导体内部电场强度处处为0，表面是等势面．[解析]首先画出电场线，沿电场线方向电势降低，b端电势比d点低，B选项正确；金属杆ab在静电平衡后是一个等势体，a端电势等于b端电势，都比d点低，A、C选项均错误；静电平衡后的导体内部电场强度处处为零，D选项错误．[答案]B命题视角2静电平衡现象中电荷分布的分析(多选)如图所示，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A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触D．使验电器A靠近B[思路点拨]静电平衡时电荷分布在导体外表面．[解析]A项中取电棒先和B的内壁接触后，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开；B项中可以使C球带电，从而使A带电；C项中用绝缘导线实际上是将验电器A和B连成了一个导体，A因接触而带电；D项中是感应起电．所以B、C、D项正确．[答案]BCD【题组过关】1．(2019·广西融水中学高二段考)如图所示，Q为一带正电的点电荷，P为原来不带电的枕形金属导体，a、b为导体内的两点．当导体P处于静电平衡状态时()A．a、b两点的电场强度大小Ea、Eb的关系为EaEbB．a、b两点的电场强度大小Ea、Eb的关系EaEbC．感应电荷在a、b两点产生的电场强度大小E′a和E′b的关系是E′aE′bD．a、b两点的电势大小φa、φb的关系φaφb解析：选C.当导体P处于静电平衡状态时，导体内部电场强度处处为零，故a、b两点的电场强度大小Ea、Eb的关系为Ea＝Eb＝0，故A、B错误；感应电荷在a、b两点产生的电场强度与点电荷在a、b两点产生的电场强度等大反向，则感应电荷在a、b两点产生的电场强度在大小E′a和E′b的关系是E′aE′b，选项C正确；处于静电平衡的导体是一个等势体，则a、b两点的电势大小φa、φb的关系为φa＝φb，故D错误．2.(2019·辽宁大连三中高二期中)如图所示，将一个带正电的小球Q放在本身不带电的导体AB靠近A端一侧，由于静电感应，导体的A、B两端分别出现负、正感应电荷．则以下说法中正确的是()A．A端接一下地，导体将带正电荷B．A端接一下地，导体将带负电荷C．导体的A端电势低，B端电势高D．导体上的感应电荷在导体内部产生的电场强度为0解析：选B.到达静电平衡状态以后，A处带负电，B处带正电，当A端接一下地，会使大地的电子流入枕形导体，导体B处电荷被中和，则导体将带负电，故A错误，B正确；枕型导体在带正电的小球附近时，枕型导体上的自由电子会向金属棒的左边运动，金属棒的右端因少了多余的电子而带正电，左端因多余电子而带负电；但导体是个等势体，故C错误；到达静电平衡状态以后，导体内部的电场强度处处为0，导体上的感应电荷在导体内部产生的电场强度不为零，故D错误．对静电屏蔽的理解和应用1．导体外部的电场影响不到导体内部(1)静电屏蔽的本质是静电感应，导体外面的电场不影响导体内部，是因为外电场与导体表面的感应电荷在导体内部任一点的电场强度叠加后合电场强度为零．(2)把验电器靠近带电体，箔片会张开(如图甲)，但如果把验电器置于金属网罩内，再靠近带电体，箔片不再张开(如图乙)，说明网罩内不受外电场的影响．2．接地导体的内部电场影响不到导体外部(1)接地导体的内部电场不影响导体外部，是因为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感应出的异种电荷的情况下，两部分电荷在导体外部任何一点的电场强度叠加后合电场强度为零．(2)如果一封闭的导体球壳内部空间有一点电荷＋q，由于静电感应，导体球壳内外表面感应出等量的异种电荷，其电场线分布如图甲所示；当把导体球壳接地后，＋q在壳内的电场对外部空间就没有影响了，此时的电场线分布如图乙所示．(1)接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响．(2)空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间产生影响．(2019·湖南衡阳高二期中)如图所示，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(始终不与球接触)，现将一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B放在C附近，待稳定后，以下说法正确的是()A．A对B无静电力作用，B对A无静电力作用B．A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向C．A对B的静电力向左，B对A的静电力向右D．A的位置不变，B的位置也不变[解析]A在空心金属球内，由于静电感应，使得C外表面带正电，BC相互吸引，所以B向右偏；而金属空腔可以屏蔽外部电场，所以B的电荷对空腔C的内部无影响，即AB之间无相互的静电力，所以A位置不变．[答案]A如图所示，A为空心金属球，B为金属球，A、B原来不带电，将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手接触一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则()A．A球带负电荷，B球带正电荷B．A球带负电荷，B球不带电C．A、B两球都带负电荷D．A、B两球都带正电荷解析：选B.首先带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央．根据静电感应现象可知，A球内表面带负电荷，外表面带正电荷．用手接触A相当于把A接地，由大地传导过来的电子与A球外表面正电荷中和，使A球外表面不带电，A球外表面电势为零，此时A球对外起静电屏蔽作用，A球内的电场不影响外部．用手接触B时，无电荷移动，B球不带电．当带正电荷的C球从A球内移走后，A球内表面所带的负电荷移至外表面，所以此时A球带负电荷．由上述可知，选项B正确．1．(2019·广东汕头高二期中)生活中为了避免火花放电的危害，会采取一些措施，下列哪些情况属于避免火花放电()A．运油车的尾部有一条铁链接触到地面B．电子打火机点火时C．发电厂排放废气时先进行静电除尘D．为了油漆较均匀采用静电喷涂解析：选A.油罐车上的搭地铁链是为了把产生的静电导走，避免火花放电造成的危害，故A正确；电子打火机点火时，发电厂