人教版物理选修3-1课件：1.7 静电现象的应用 (共49张PPT)

(共49张PPT)
1.7 静电现象的应用


一位英国小伙子被雷电击中的画面

一、静电感应
把金属导体放在外电场E0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。
静电平衡状态下导体的电场







E0















A
B
C
D
















-

-

-





-


-


-


-


-

0
E
二.静电平衡

-


-


-


-


-


-


-


-


-

1、导体中自由电荷在电场力作用下将发生定向移动.



E'
E'
E'
2、 导体两端出现感应电荷,感应电荷在导体中中产生反方向的附加场.
0
E








-

-

-







E'

-

-

-

-








3、感应电荷的电场增到与外电场相等时，导体内合场强为零。自由电荷的定向移动停止 .







0
E


-

-

-




-

-

-

-




E=0
4、静电平衡：导体中无电荷定向移动的状态,就叫静电平衡状态.
静电平衡
发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场E`和原电场E在导体内叠加为零，即E`=E时，自由电子停止定向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。








E
＋
－
－
－
－
＋
＋
＋






E`




E
－
－
－











＋
＋
＋
＋
＋
＋
－
－
－
E合=0
＋
－
－
＋
三、处于静电平衡状态导体的特点：
（1）导体内部的场强处处为零

（2）整个导体是一个等势体，表面是一个等势面
（3）导体外部电场线与导体表面垂直

+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-








E
注意：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。


课堂小练
1.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？








R


L
O
+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)2
E感方向与E源方向相反，即指向点电荷+q.

q
2.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
-Q
O
·



方向水平向左
3.当导体达到静电平衡状态时，其场强的特征是:( )
A.外电场E0消失。
B.感应电荷产生的电场E'为零。
C.导体内部合场强E内 = E0 + E'=0。
D.导体表面和内部场强均为零。
C
4.将原来不带电的绝缘导体B移近带负电的绝缘导体A，如1-93所示，以下说法正确的是： （　　 ）
A．导体B上各点的场强大小相等
B．导体A内部的场强一定为零
C．导体B的左端电势比右端电势高
D．导体B上的感应电荷在它的C点所
形成的场强一定不为零
ＢＤ
5.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

M
B
A
N
P



AC
二、导体上电荷的分布
研究静电平衡时导体内部的电荷
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（单位面积的电荷量）,凹陷的位置几乎没有电荷
——法拉第圆筒
实验












法拉第圆筒实验:


1


2





用两个带有绝缘手柄的金属小球分别接触带有电荷的金属圆筒的内壁和外壁.
导体上电荷的分布












法拉第圆筒实验:


1


2






和外壁接触的小球使验电器箔片张开,表明金属筒外壁有电荷分布.












法拉第圆筒实验:


1


2







和内壁接触的小球不能使验电器箔片张开,表明金属筒内壁没有电荷分布.
























均匀球形导体
导体上电荷的分布情况
导体尖端的电荷密度很大，附近的电场特别强，它会导致一个重要的后果，就是尖端放电。
在强电场作用下，物体曲率大的地方(如尖锐、细小的顶端，弯曲很厉害处)附近，等电势面密，电场强度剧增，致使这里空气被电离而产生气体放电现象，称为电晕放电．而尖端放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象
三 尖端放电
什么是尖端放电？
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，撞击气体分子
气体分子发生电离，正负电荷分开。在强电场作用下，继续撞击其它空气分子，使其电离。
相反电荷由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷发生中和
相当于尖端失去电荷
尖端放电
什么是尖端放电
在导体尖端附近放一根点燃的蜡烛当我们不断给导体充电的时候，火焰就好像被风吹动一样朝背离尖端的方向偏移。
思考1：尖端放电在生活中有哪些应用？
避雷针
燃气灶和燃气热水器的电子点火装置




针尖形状
思考2：验电器或静电计金属杆上端为什么固定一个金属球而不做成针尖形状？

避雷针

避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
它是一个或几个尖锐的金属棒,安装在建筑物的顶端,用粗导线与埋在地下的金属板连接,保持与大地的良好接触.


+






思考:用金属网罩将验电器罩住,会怎样呢?


+








思考:用金属网罩将验电器罩住,会怎样呢?
-
-
-
-
-
-


+
+
+
+
+
+


+












思考:空心导体壳内的验电器箔片不会张开，为什么?

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.
因为导体壳内部合场强为零.
四 静电屏蔽
由于静电感应，可使金属
网罩或金属壳内的场强为
零，相当于遮挡了外界电
场对它内部的影响，这种
现象叫做静电屏蔽。


什么是静电屏蔽？
1．静电屏蔽
（1）空腔导体的特点
　空腔导体能把外电场挡住，空腔内没有电场，空腔内不受外电场的影响。
（2）静电屏蔽
　导体壳（金属网罩）能保护它所包围的区域，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。


静电平衡的应用：静电屏蔽


静电平衡的应用：静电屏蔽
电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层铅皮等。


静电平衡的应用：静电屏蔽
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。


静电平衡的应用：静电屏蔽
　 两位英国科学家08年在伦敦进行一次危险的电力学表演。其中一名科学家将把另一位科学家关进一个铁笼子里，然后用数百万伏特的电流对其进行电击。
鉴于表演的危险性，两名科学家事先都买好了价值1200万英镑的保险。
本节主要学了以下几个问题：
1．静电平衡状态下导体的电场
学习了静电平衡、静电平衡状态的概念，知道静电平衡的条件是导体内部的场强处处为零。学习了静电平衡导体的特点
2．导体上电荷的分布
（1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。
（2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大。
3．尖端放电
了解了尖端放电现象及其应用。
4．静电屏蔽
了解了静电屏蔽现象及其应用。


小结
静电现象的应用
例1、在一个原来不带电的金属导体壳的球心处放一带正电的带电体，A、B分别是球壳内、外的两点，C是金属内部一点，其电场分布是( )
A
B
C
D
EA≠0，EB＝0，EC＝0
EA≠0，EB ≠0，EC＝0
EA ＝0，EB ≠0，EC＝0
EA≠0，EB ≠0，EC ≠0
B
例2、AB是两个架在绝缘支座上的金属球，原来都不带电，中间用导线连接，现用一个带正电的小球C靠近B球，用手摸一下B球，然后撤去导线，再拿走小球C，那么( )
A
B
C
D
以上三种说法都不对
A球带正电，B球带负电
A球带正电，B球不带电
A球不带电，B球带负电
A



＋

A

B

C



A

B

C
+
+
+
+
+
+
+
+

静电现象的应用
例3、将悬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(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，则( )
A
B
C
D
A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向
A的位置不变，B往右偏离竖直方向
A和B的位置都不变
A往左偏离竖直方向，B的位置不变
B
例4、一个带有绝缘座的空心金属球A带有4×10-8C的正电荷，有绝缘金属小球B带有2×10-8C的负电荷，使B球与A球的内部接触后，将B球取出，则A、B球各带电量为( )
A
B
C
D
QA＝4×10-8C，QB＝－2×10-8C
QA＝10-8C，QB＝10-8C
QA＝2×10-8C，QB＝0C
QA＝0C，QB＝2×10-8C
B






＋

－
A
B
C
1、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. 小鸟停在单根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


课堂小练
2．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
ABD
3．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(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B
BCD
4．一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正点荷。图中的哪一个能正确表示其电场分布的情况 ( )
B
5、把原来不带电的金属球壳B的外表面接地，将一个带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡后，则（　　　）

A. 球壳B的空腔中场强处处为零。
B. 球壳B不带电。
C. 球壳B的内，外表面电势相等。
D. 球壳B的电势为零。

ＣＤ




Ｂ
Ａ







A

B





















6、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







B的外部电场强度为零吗？
7．在一个导体球壳内放一个电量为＋Q的点电荷，用E表示球壳外任一点的场强，则( )
A．当＋Q在球壳中央时，E＝0
B．不论＋Q在球壳内何处，E一定为零
C．只有当＋Q在球心且球壳接地时，E＝0
D．只要球壳接地，不论＋Q在球壳内何处，E一定为零
D
8、如图所示为一空腔球形导体(不带电)，现将一个带正电荷的小金属球A放入腔中，当静电平衡时，图中a、b、c三点的电场强度E和电势
的关系是( )
A．Ea>Eb>Ec，
B．Ea=Eb>Ec，
C．Ea=Eb=Ec，
D．Ea>Ec>Eb，



D
9、 将悬挂在细线上的带
正电的小球A放在不带电的
固定的金属空心球壳C内
(不和球壁接触)，另有一个
悬挂在细线上的带负电的
小球B，如图所示，于是有( )
A．A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向
B．A的位置不变，B往右偏离竖直方向
C．A往左偏离竖直方向，B的位置不变
D．A和B的位置都不变
B
10．如图所示，在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－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＿＿＿＿
12KQ/L2
A

B
11、如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下叙说法正确的是 [ ]
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的大小为EAD．当电键K闭合时，电子从大地沿导线向导体移动．
AD
回顾
1.什么是静电感应？
2.雷雨天为什么人不要站到山顶上？

谢谢学习！