人教版高二物理选修3-1第一章1.7 静电现象的应用（共20页）
文档属性
| 名称 | 人教版高二物理选修3-1第一章1.7 静电现象的应用（共20页） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 4.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-06-08 20:06:45 | ||
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文档简介
(共20张PPT)
1.7静电现象的应用
孝感一中
高一物理组
新课标高中物理选修3－1
第一章
静电场
如图1所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体AB、CD两面出现等量异号电荷，请思考下列问题：
(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？
导学探究
静电平衡状态下的导体
一
答案 自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着与电场方向相反的方向定向移动.
图1
(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？
答案 不能.感应电荷产生的电场与外加电场方向相反，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止.
1.静电平衡状态：导体内的自由电子
的状态.
2.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
.
(2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面
.
(3)处于静电平衡状态的整个导体是个
，导体的表面为
.
静电平衡状态下导体的电场
一
不再发生定向移动
等势面
处处为零
垂直
等势体
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。
1.处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场E0和感应电荷产生的电场E′的合场强为0，即E0＝－E′.
2.孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合场强为0.
3.处于静电平衡状态的导体是等势体，表面是等势面，所以导体表面的电场线应与导体表面垂直.
知识深化
例1 在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距为2l，如果在两个点电荷连线的中点O有一个半径为r(r?l)的空心金属球，且球心位于O点，如图2所示，则球壳上的感应电荷在O处的场强的大小为多大？方向如何？
图2
方法总结
求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法是：
(1)先求出外电场场强E外的大小和方向.
(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0.
(3)由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向.
静电平衡时，导体上的电荷分布规律
1.净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷.
2.感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图4甲所示.
3.净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示.
导体上电荷的分布
二
甲 乙
图4
例2 如图6所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并接触，其结果可能是
A.只有球壳外表面带正电
B.球壳的内表面带负电，外表面带正电
C.球壳的内、外表面都带正电
D.球壳的内表面带正电，外表面带负电
图6
√
解析 小球与球壳接触构成一个新导体，它的电荷量都分布在新导体的外表面，即只有球壳外表面带正电，A对，B、C、D错.
尖端放电
三
1.空气的电离：导体尖端的电荷
很大，电场很强，带电粒子在
的作用下剧烈运动撞击空气分子，从而使空气分子的正负电荷
的现象.
2.尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被
而奔向尖端，与尖端上的电荷
，相当于导体从尖端
的现象.
3.尖端放电的应用与防止
(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.
强电场
吸引
密度
分离
中和
避雷针
失去电荷
光滑
尖端放电的应用——避雷针
导体尖端电荷密度大
尖端周围电场强
空气电离
尖端放电
高压设备
1、避免：尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备导体的表面都是非常光滑。
2、现象：夜间高压线周围出现的绿色光晕，俗称电晕，是一种微弱的尖端放电。
(1)如图7甲所示，使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片是否张开？
导学探究
答案 使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片会张开.
静电屏蔽
四
(2)如图乙，若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，验电器的箔片是否张开？这些现象说明了什么？
答案 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，说明图甲中的验电器受到附近带电体的影响；图乙中金属网罩内的验电器不受附近带电体的影响.
(3)如图丙，金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属网罩，如图丁，把金属网罩接地.图丙验电器的箔片是否张开？图丁验电器的箔片是否张开？这些现象说明了什么？
答案 金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属网罩，验电器箔片张开，把金属网罩接地，验电器箔片不张开，这些现象说明网罩不接地时内部带电体能影响外界；金属网罩接地时，内部带电体不影响外界.
静电屏蔽
四
1.静电屏蔽
金属壳(网)内电场强度保持为
，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响的作用叫做
.
2.静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与
相连.
静电屏蔽
0
大地
1.静电屏蔽的实质
静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零.
知识深化
实现过程
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，起到屏蔽外电场的作用
当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用
最终结论
导体内空腔不受外界电荷影响
接地导体空腔外部不受内部电荷影响
本质
静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体
?
导体外部电场不影响导体内部
接地导体内部的电场不影响导体外部
图示
?
?
2.静电屏蔽的两种情况
例3 将悬挂在绝缘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，如图8所示，则
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
图8
√
例4 一金属球原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图3所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比
A.Ea最大
B.Eb最大
C.Ec最大
D.Ea＝Eb＝Ec
图3
√
例5 (多选)如图5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.用带绝缘外皮的导线把验电器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
图5
√
√
√
1.7静电现象的应用
孝感一中
高一物理组
新课标高中物理选修3－1
第一章
静电场
如图1所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体AB、CD两面出现等量异号电荷，请思考下列问题：
(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？
导学探究
静电平衡状态下的导体
一
答案 自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着与电场方向相反的方向定向移动.
图1
(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？
答案 不能.感应电荷产生的电场与外加电场方向相反，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止.
1.静电平衡状态：导体内的自由电子
的状态.
2.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
.
(2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面
.
(3)处于静电平衡状态的整个导体是个
，导体的表面为
.
静电平衡状态下导体的电场
一
不再发生定向移动
等势面
处处为零
垂直
等势体
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。
1.处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场E0和感应电荷产生的电场E′的合场强为0，即E0＝－E′.
2.孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合场强为0.
3.处于静电平衡状态的导体是等势体，表面是等势面，所以导体表面的电场线应与导体表面垂直.
知识深化
例1 在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距为2l，如果在两个点电荷连线的中点O有一个半径为r(r?l)的空心金属球，且球心位于O点，如图2所示，则球壳上的感应电荷在O处的场强的大小为多大？方向如何？
图2
方法总结
求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法是：
(1)先求出外电场场强E外的大小和方向.
(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0.
(3)由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向.
静电平衡时，导体上的电荷分布规律
1.净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷.
2.感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图4甲所示.
3.净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示.
导体上电荷的分布
二
甲 乙
图4
例2 如图6所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并接触，其结果可能是
A.只有球壳外表面带正电
B.球壳的内表面带负电，外表面带正电
C.球壳的内、外表面都带正电
D.球壳的内表面带正电，外表面带负电
图6
√
解析 小球与球壳接触构成一个新导体，它的电荷量都分布在新导体的外表面，即只有球壳外表面带正电，A对，B、C、D错.
尖端放电
三
1.空气的电离：导体尖端的电荷
很大，电场很强，带电粒子在
的作用下剧烈运动撞击空气分子，从而使空气分子的正负电荷
的现象.
2.尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被
而奔向尖端，与尖端上的电荷
，相当于导体从尖端
的现象.
3.尖端放电的应用与防止
(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.
强电场
吸引
密度
分离
中和
避雷针
失去电荷
光滑
尖端放电的应用——避雷针
导体尖端电荷密度大
尖端周围电场强
空气电离
尖端放电
高压设备
1、避免：尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备导体的表面都是非常光滑。
2、现象：夜间高压线周围出现的绿色光晕，俗称电晕，是一种微弱的尖端放电。
(1)如图7甲所示，使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片是否张开？
导学探究
答案 使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片会张开.
静电屏蔽
四
(2)如图乙，若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，验电器的箔片是否张开？这些现象说明了什么？
答案 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，说明图甲中的验电器受到附近带电体的影响；图乙中金属网罩内的验电器不受附近带电体的影响.
(3)如图丙，金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属网罩，如图丁，把金属网罩接地.图丙验电器的箔片是否张开？图丁验电器的箔片是否张开？这些现象说明了什么？
答案 金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属网罩，验电器箔片张开，把金属网罩接地，验电器箔片不张开，这些现象说明网罩不接地时内部带电体能影响外界；金属网罩接地时，内部带电体不影响外界.
静电屏蔽
四
1.静电屏蔽
金属壳(网)内电场强度保持为
，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响的作用叫做
.
2.静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与
相连.
静电屏蔽
0
大地
1.静电屏蔽的实质
静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零.
知识深化
实现过程
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，起到屏蔽外电场的作用
当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用
最终结论
导体内空腔不受外界电荷影响
接地导体空腔外部不受内部电荷影响
本质
静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体
?
导体外部电场不影响导体内部
接地导体内部的电场不影响导体外部
图示
?
?
2.静电屏蔽的两种情况
例3 将悬挂在绝缘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，如图8所示，则
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
图8
√
例4 一金属球原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图3所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比
A.Ea最大
B.Eb最大
C.Ec最大
D.Ea＝Eb＝Ec
图3
√
例5 (多选)如图5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.用带绝缘外皮的导线把验电器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
图5
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√
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