高中物理选修3-1第一章静电学-7.静电的应用（课件）

(共32张PPT)
吕 叔 湘 中 学
庞 留 根
静电现象的应用
教学目标
一、电场中的导体
1.金属导体的特征
2.静电感应现象
3.静电平衡状态
4.静电平衡状态下导体的特点
二、导体上电荷的分布
三、尖端放电
四、静电屏蔽 巩固练习1 巩固练习2
A组能力训练题1 2 3 4 5
6 （2015年江苏卷2）
7 (2011年广东卷21)
B组能力训练题1 2 3 4 5 6
静电现象的应用
教学目标
1．知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态
2．理解静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零
3．知道静电屏蔽及其应用
【重点难点】
静电平衡状态, 电场中导体的特点
复习提问
3、在静电感应时用手摸一下导体,再移走源电荷,则导体带什么电？
若将导体接地则情况如何？左端接地呢？
由做热振动的正离子和做无规则热运动的自由电子组成
一、电场中的导体
1.金属导体的特征：
1、什么是静电感应现象？
2、静电感应现象的实质是什么？
2.静电感应现象
如图1.7-1所示，将一个不带电的金属导体ABCD放入场强为E0的静电场中，导体内自由电子便受到电场力的作用，要向电场的反方向作定向移动,如图甲所示，并在导体的一个AB面出现负电荷，而CD面将出现等量的正电荷，如图乙所示.
在电场中的导体沿着电场强度方向两个端面出现等量异种电荷，这种现象叫做静电感应。
产生的电荷为感应电荷。
图1.7-1 静电场中的导体
甲
D
A
B
C
E0
乙
D
B
A
C
E0
E'
感应电荷在导体内部会产生电场E'(称为感应电场).
电场E′与E0方向相反，两个电场叠加，使导体内部的电场减弱。
只要导体内部的场强不为零，自由电子就会继续做做定向移动，导体两端的电荷就继续增加，电场E' 也要随之增大，导体内部的合
电场就要继续减小，直到导体内部
的合场强等于零为止(图丙) 。
丙
D
B
A
C
E0
E=0
导体（包括表面）中没有电荷定向移动时的状态叫静电平衡状态.
3、静电平衡状态：
4、静电平衡状态下导体的特点：
⑴导体中没有自由电荷定向移动。
⑵导体内部的场强处处为零（如果不为0，则自由电子将继续移动，直至合场强为0）。
⑶导体外表面附近电场线与表面垂直。
⑷整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。
二、导体上电荷的分布
1、静电平衡时，导体内部没有电荷，导体中的净电荷只分布在导体外表面上。
法拉第圆筒实验表明：
若内部有电荷，则内部场强不为0，导体就不是处于静电平衡状态。
中性导体带电后，由于同种电荷相互排斥，净电荷只能分布在外表面
2、在导体表面，越尖锐的位置，电荷密度越大,凹陷的位置几乎没有电荷。
反证法：
理论证明：
三、尖端放电
导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞散,也就是使分子中的正负电荷分离，这种现象叫空气的电离。
2.尖端放电： 尖端附近空气在强电场的作用下被电离后，中性的分子变成带负电的自由电子和带正电的离子。那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，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子，这个现象叫尖端放电。
3.应用——避雷针
1.空气电离：
四、静电屏蔽
1.空腔导体的特点：
净电荷只分布在外表面,内表
面不带电,空腔内没有电场。
2.静电屏蔽
实验演示1：如图1.7-6（a）图，使带电的金属球靠近验电器，由于静电感应，验电器的箔片张开,这表示验电器受到了外电场的影响.（b）图,如果事先用金属网罩把验电器罩住，验电器的箔片就不张开，即使把验电器和金属网罩连接起来，箔片也不张开。这表明金属网罩能把外电场挡住，使罩内不受外电场的影响。
演示2：将收音机置于金属网罩内则声音大大减小
图1.7-6
(a)
(b)
静电屏蔽
（1）导体壳可以保护它所包围的区域，使这个区域不受外部电场的影响，这种现象叫静电屏蔽。
（2）静电屏蔽的两种情况：
①外屏蔽——一个不接地的空腔导体可以屏蔽外电场；即金属内部空间不受壳外部电场的影响.
②全屏蔽——接地的封闭导体壳，内部电场对外部没影响, 即一个接地的空腔导体可以同时屏蔽内、外电场。
通信电缆外面包一层铅皮
电学仪器和电子设备外面
套有金属罩高压带电作业人员穿金属网衣
通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱
a.如一封闭的导体壳内部空间某点有一点电荷+q.由于静电感应，导体壳内外表面感应出等量的异种电荷。其电场线如(a)所示，可见外电场对内没有影响，但内电场对外有影响
b.当把导体壳接地后,如(b)所示 ， +q在壳内的电场对壳外空间就没有影响了,
即则内外电场互不影响。
图5
(a)
(b)
q
q
如图5所示：
3、静电屏蔽的应用
巩固练习1
1.如图所示，在一个原来不带电的金属导体壳的球心处放一个正电荷，试分析A、B、C三点的场强： （ ）
A．EA≠0 ，EB=0 ，EC=0
B．EA≠0 ，EB≠0 ，EC=0
C．EA≠0 ，EB≠0 ，EC≠0
D．EA=0 ，EB≠0 ，EC=0
A
B
C
B
巩固练习2
2.如图所示，A、B是两个架在绝缘支座上的金属球，都不带电，中间用导线连接，现用一带正电的小球C靠近B，用手摸一下B球，再撤去导线，然后移走C球，则A、B带电情况：（ ）
A．A球带正电，B球带负电　
B．A球带正电，B球不带电
C．A球不带电，B球带负电
D．以上说法都不正确
C
A
B
C
A组能力训练题1
14.使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是 （ ）
A B C D
B
带电导体靠近不带电导体，由于静电感应使不带电导体带电，靠近带电导体的一端带异种电荷，远端带同种电荷，B正确。
解：
A组能力训练题2
P
a
b
c
d
B
4.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，( )
达到静电平衡后的导体是一个等势体，正点电荷＋q产生的电场方向向左，自右向左电势逐渐降低，所以A、C错，B正确。
解：
达到静电平衡后导体内部场强处处为0, D错.
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处的场强的方向由a指向b
A组能力训练题3
请用学过的电学知识判断下列说法正确的是（ ）
A. 电工穿绝缘衣比穿金属衣安全
B. 制作汽油桶的材料用金属比用塑料好
C. 小鸟停在单要高压输电线上会被电死
D. 打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险
B
电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业。
解析：
因为塑料和油摩擦容易起电，产生的静电荷不易泄漏，形成静电积累，造成爆炸和火灾事故。
一辆金属车身的汽车也是最好的“避雷所”,一旦汽车被雷击中,它的金属构架会将闪电电流导入地下.
A组能力训练题4
A
B
A
B
11．利用静电除尘器可以消除空气中的粉尘．静电除尘器由金属管A和悬在管中的金属丝B组成, A和B分别接到高压电源正极和负极,其装置示意图如右图所示．A、B之间有很强的电场，距B越近，场强______(填:“越大”或“越小”)。B附近的气体分子被电离成为电子和和正离子，粉尘吸附电子后被吸附到____（填“A”或“B”）上，
电极截面如图所示，由电场线可判断越靠近B场强越大；
粉尘吸附电子后带负电，因此向正极A运动。
最后在重力作用下落入下面的漏斗中．
A
越大
解析：
A组能力训练题5
5.一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正点荷，其电场分布是中的哪一个 ( )
B
A
D
C
B
A组能力训练题6（2015年江苏卷2）
静电现象在自然界中普遍存在，我国早在西汉末年已有对静电现象的记载，《春秋纬 考异邮》中有“玳瑁吸 ”之说，但下列不属于静电现象的是 （ ）
A.梳过头发的塑料梳子吸起纸屑 B.带电小球移至不带电金属球附近,两者相互吸引 C.小线圈接近通电线圈过程中,小线圈中产生电流 D.从干燥的地毯上走过，手碰到金属把手时有被电击的感觉
小线圈接近通电线圈过程中，小线圈中产生感应电流是电磁感应现象，不是静电现象，所以选C。
解析：
C
A组能力训练题7
7.图为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘的目的。下列表述正确的是 ( )
A.到达集尘极的尘埃带正电荷
B.电场方向由集尘极指向放电极
C.带电尘埃所受电场力的
方向与电场方向相同
D.同一位置带电荷量越多
的尘埃所受电场力越大
BD
放电极
带电尘埃
集尘极
直流高压电源
解见下页
由于集电极与电源正极连接，电场方向由集尘板指向放电极，B正确。
【解析】
而尘埃在电场力作用下向集尘极迁移并沉积，说明尘埃带负电荷，A错误。
负电荷在电场中受电场力的方向与电场方向相反，C错误。
根据F=qE可得，D正确。
放电极
带电尘埃
集尘极
直流高压电源
B组能力训练题1
1.如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕ABK
形导体放在正电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下列说法正确的是 ( )
A.A、B两点场强相等，且都为零
B.A、B两点的场强不相等
C.感应电荷产生的附加场强大小｜EA︱>｜EB︱
D.当电键K闭合时，电子从大地沿导线向导体移动．
A
B
K
AC
B组能力训练题2
如图所示，在两个固定电荷＋q和－q之间放入两个原来不带电的导体，1、2、3、4为导体上的四个点，在达到静电平衡后，各点的电势分别是φ1、φ2、φ3、φ4，则 ( )
A、 φ4＞φ3＞φ2＞φ1
B、 φ4＝φ3＞φ2＝φ1
C、 φ4＜φ3＜φ2＜φ1
D、 φ4＝φ3＜φ2＝φ1
-q
+q
3
4
2
1
B
达到静电平衡后的导体是一个等势体，两个固定电荷＋q和－q之间的电场方向向左，自右向左电势逐渐降低，右边的导体的电势高于左边的导体的电势。选项B正确。
解：
B组能力训练题3
3.如图示，在真空中有两个点电荷A和B，电量分别为－Q和＋2Q，它们相距L，如果在两点电荷连线的中点O有一个半径为r（2r＜L）的空心金属球，且球心位于O点，则球壳上的感应电荷在O点处的场强大小________ 方向_________．
B
A
+2Q
O
-Q
解：
O指向B
B组能力训练题4
某静电场沿x方向的电势分布如图所示，则（ ）
A.在0 —x1之间不存在沿x方向的电场
B.在0 —x1之间存在着沿x方向的匀强电场
C.在x1—x2之间存在着沿x方向的匀强电场
D.在x1—x2之间存在着沿
x方向的非匀强电场。
0
x1
x2
x
U0
U
A C
在0 —x1之间，电势相等，
静电平衡的导体是等势体，内
部不存在电场，A正确。
在x1—x2之间电势随x均匀减小，由E=U/d,存在着沿x方向的匀强电场，C正确。
解：
B组能力训练题5
5.静电除尘器是目前普遍采用的一种高效除尘器.某除尘器模型的收尘板是很长的条形金属板，图中直线ab为该收尘板的横截面。工作时收尘板带正电，其左侧的电场线分布如图所示；粉尘带负电，在电场力作用下向收尘板运动，
最后落在收尘板上.若用粗黑曲线表
示原来静止于P点的带电粉尘颗粒的
运动轨迹,下列4幅图中可能正确的是
(忽略重力和空气阻力) （ ）
P
a
b
D
P
a
b
C
P
a
b
B
P
a
b
A
P
a
b
A
解见下页
粉尘颗粒受力方向应该是电场线的切线方向，从静止开始运动时，只能是A图那样，不可能出现BCD图的情况。
解析：
D
P
a
b
C
P
a
b
B
P
a
b
A
P
a
b
B组能力训练题6.
下列图片显示的技术中，属于防范静电危害的是 （ ）
A.静电复印
B.静电喷涂
C.避雷针
D.静电除尘
C
解见下页
解析：
D、静电除尘时除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动，属于静电应用；
A、复印机复印文件资料，就是利用静电墨粉成在鼓上．故A属于静电的应用；
B、静电喷涂是利用异种电荷间的吸引力来工作的，故B属于静电的应用；
C、下雨天，云层带电打雷，往往在屋顶安装避雷针，是导走静电，防止触电．故C属于防范静电危害；
故选：C
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