2019_2020版高中物理第一章靜電場(chǎng)7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用教案新人教版.docx

7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說(shuō)出靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點(diǎn).2.知道導(dǎo)體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其成因科學(xué)探究：1.觀察演示實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析，體會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析推理的方法.2.查閱并搜集資料，了解靜電屏蔽在技術(shù)和生活中的應(yīng)用科學(xué)思維：會(huì)根據(jù)靜電平衡條件求解感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)和電荷分布1靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體中(包括表面上)沒(méi)有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)2靜電平衡狀態(tài)的特征：(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的電場(chǎng)處處為0.(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面垂直(3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體，導(dǎo)體的表面為等勢(shì)面3導(dǎo)體上電荷的分布：(1)導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的表面(2)在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)越大，凹陷的位置幾乎沒(méi)有電荷二、尖端放電和靜電屏蔽1空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷密度很大，附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，強(qiáng)電場(chǎng)作用下的帶電粒子劇烈運(yùn)動(dòng)，使分子中的正負(fù)電荷分離的現(xiàn)象2尖端放電：與導(dǎo)體尖端異號(hào)的粒子，由于被吸引，而與尖端上電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象尖端放電的應(yīng)用與防止：(1)應(yīng)用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施(2)防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量光滑會(huì)減少電能的損失3靜電屏蔽：金屬殼(網(wǎng))內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度保持為0，外電場(chǎng)對(duì)殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會(huì)產(chǎn)生影響的作用叫做靜電屏蔽靜電屏蔽的應(yīng)用：電學(xué)儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導(dǎo)線與大地相連判斷下列說(shuō)法的正誤(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為零()(2)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子處于靜止?fàn)顟B(tài)()(3)避雷針能避免建筑物被雷擊是因?yàn)樵茖又袔У碾姾杀槐芾揍樛ㄟ^(guò)導(dǎo)線導(dǎo)入大地()(4)用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來(lái)，再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，則驗(yàn)電器箔片能張開(kāi)()(5)電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，目的是銅絲衣服有屏蔽作用，使體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零()一、靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體如圖所示，不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動(dòng)，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號(hào)電荷請(qǐng)思考下列問(wèn)題：(1)自由電子定向移動(dòng)的原因是什么？定向移動(dòng)的方向如何？(2)自由電子能否一直定向移動(dòng)？為什么？答案(1)自由電子受外加電場(chǎng)的電場(chǎng)力作用而移動(dòng)，向著與電場(chǎng)相反的方向定向移動(dòng)(2)不能感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外加電場(chǎng)反向，阻礙電子的定向移動(dòng)，當(dāng)這兩個(gè)電場(chǎng)大小相等時(shí)，電子的定向移動(dòng)終止1處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零的本質(zhì)是外電場(chǎng)E0和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)E的合場(chǎng)強(qiáng)為0，即E0E.2孤立的帶電導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為0的本質(zhì)是分布在導(dǎo)體外表面的電荷在導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)為0.3處于靜電平衡的導(dǎo)體是等勢(shì)體，表面是等勢(shì)面，所以導(dǎo)體表面的電場(chǎng)線應(yīng)與導(dǎo)體表面垂直例1長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒原來(lái)不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為q的點(diǎn)電荷放在距棒左端R處，如圖1所示當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)P處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小等于 ，方向?yàn)?圖1答案向左解析導(dǎo)體棒在點(diǎn)電荷q的電場(chǎng)中發(fā)生靜電感應(yīng)，左端出現(xiàn)負(fù)電荷，右端出現(xiàn)正電荷，棒中任意一點(diǎn)都受兩個(gè)電場(chǎng)的影響，即外電場(chǎng)(q在該點(diǎn)形成的電場(chǎng)E0)和附加電場(chǎng)(棒上感應(yīng)電荷在該點(diǎn)形成的電場(chǎng)E)，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)EE0.題中所求的即為E，EE0，負(fù)號(hào)代表E和E0方向相反，即方向向左點(diǎn)撥：求處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的方法是：(1)先求出外電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E外的大小和方向(2)由于導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，則滿足靜電平衡條件E合0.(3)由E外E感0，求出感應(yīng)電場(chǎng)E感的大小和方向針對(duì)訓(xùn)練1(多選)如圖2所示，帶負(fù)電的點(diǎn)電荷旁有一接地大金屬板，A為金屬板內(nèi)的一點(diǎn)，B為金屬板左側(cè)外表面上的一點(diǎn)，下列關(guān)于金屬板上感應(yīng)電荷在A點(diǎn)和B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向判斷正確的是()圖2A感應(yīng)電荷在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)沿E1方向B感應(yīng)電荷在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)沿E2方向C感應(yīng)電荷在B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)可能沿E3方向D感應(yīng)電荷在B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)可能沿E4方向答案BC解析金屬板內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為0，則感應(yīng)電荷的電場(chǎng)與點(diǎn)電荷的電場(chǎng)等大反向，即感應(yīng)電荷在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)沿E2方向，選項(xiàng)B正確；金屬板表面的電場(chǎng)強(qiáng)度垂直表面向外，即為感應(yīng)電荷的電場(chǎng)與點(diǎn)電荷的電場(chǎng)的合場(chǎng)強(qiáng)，則感應(yīng)電荷在B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)可能沿E3方向，選項(xiàng)C正確學(xué)科素養(yǎng)靜電平衡是外部電荷電場(chǎng)與感應(yīng)電荷電場(chǎng)疊加的總體效果，通過(guò)分析以上兩個(gè)題目，鍛煉了學(xué)生的思維能力，體現(xiàn)了“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng)二、導(dǎo)體上電荷的分布靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體上的電荷分布有：(1)凈電荷只分布在導(dǎo)體表面，內(nèi)部沒(méi)有凈電荷(2)感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反，電荷量相等，近異遠(yuǎn)同，如圖3甲所示(3)凈電荷在導(dǎo)體表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖乙所示甲乙圖3例2如圖4所示，把一個(gè)帶正電的小球放入原來(lái)不帶電的金屬空腔球殼內(nèi)并接觸，其結(jié)果可能是()圖4A只有球殼外表面帶正電B球殼的內(nèi)表面帶負(fù)電，外表面帶正電C球殼的內(nèi)、外表面都帶正電D球殼的內(nèi)表面帶正電，外表面帶負(fù)電答案A解析小球與球殼接觸構(gòu)成一個(gè)新導(dǎo)體，它的電荷量都分布在新導(dǎo)體的外表面，即只有球殼外表面帶正電，A對(duì)，B、C、D錯(cuò)針對(duì)訓(xùn)練2(多選)如圖5所示，在絕緣板上放有一個(gè)不帶電的金箔驗(yàn)電器A和一個(gè)帶正電荷的空腔導(dǎo)體B.下列實(shí)驗(yàn)方法中能使驗(yàn)電器箔片張開(kāi)的是()圖5A用取電棒C(帶絕緣柄的導(dǎo)體棒)先跟B的內(nèi)壁接觸一下后再跟A接觸B用取電棒C先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸C用帶絕緣外皮的導(dǎo)線把驗(yàn)電器A跟取電棒C的導(dǎo)體部分相連，再把取電棒C與B的內(nèi)壁接觸D使驗(yàn)電器A靠近B答案BCD解析A項(xiàng)中取電棒先和B的內(nèi)壁接觸后，由于B的內(nèi)壁本身沒(méi)有電荷，所以再接觸A時(shí)驗(yàn)電器箔片不張開(kāi)；B項(xiàng)中可以使取電棒帶電，從而使A帶電；C項(xiàng)中用帶絕緣外皮的導(dǎo)線實(shí)際上是將驗(yàn)電器A和C連成了一個(gè)導(dǎo)體，A因接觸而帶電；D項(xiàng)中是感應(yīng)起電所以B、C、D項(xiàng)正確三、尖端放電靜電屏蔽(1)避雷針是利用尖端放電保護(hù)建筑物的一種設(shè)施，其原理是什么？(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，若導(dǎo)體是空心的，則空心部分的場(chǎng)強(qiáng)怎樣？靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？答案(1)導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng)，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正、負(fù)電荷分離這個(gè)現(xiàn)象叫做空氣的電離中性的分子電離后變成帶負(fù)電的自由電子和失去電子而帶正電的離子這些帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷(2)空心部分場(chǎng)強(qiáng)為零靜電屏蔽是利用“處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零”，即使內(nèi)部有自由電子，受到的電場(chǎng)力也為0，自由電子不發(fā)生定向移動(dòng)1靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外加電場(chǎng)矢量和為零，好像是金屬殼將外電場(chǎng)“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場(chǎng)并存，矢量和為零2靜電屏蔽的兩種情況導(dǎo)體外部電場(chǎng)不影響導(dǎo)體內(nèi)部接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)不影響導(dǎo)體外部圖示實(shí)現(xiàn)過(guò)程因場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場(chǎng)的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場(chǎng)消失，起到屏蔽內(nèi)電場(chǎng)的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導(dǎo)體，不能是絕緣體例3如圖6所示，把原來(lái)不帶電的金屬殼B的外表面接地，將一帶正電的小球A從小孔中放入金屬殼內(nèi)，但不與B接觸，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)后，則()圖6AB的空腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零BB不帶電CB的外表面帶正電DB的內(nèi)表面帶負(fù)電答案D解析因?yàn)榻饘贇さ耐獗砻娼拥?，所以外表面無(wú)感應(yīng)電荷，只有內(nèi)表面有感應(yīng)電荷分布，且由于A帶正電，則B的內(nèi)表面帶負(fù)電，D對(duì)，B、C錯(cuò)；B的空腔內(nèi)有帶正電的小球A產(chǎn)生的電場(chǎng)和金屬殼內(nèi)表面感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，由電場(chǎng)疊加知，電場(chǎng)線的方向由A指向B，所以空腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，A錯(cuò)針對(duì)訓(xùn)練3(2018北大附中高二月考)如圖7所示，較厚的空腔球形導(dǎo)體殼中有一個(gè)正點(diǎn)電荷，則圖中a、b、c、d各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小關(guān)系為()圖7AEaEbEcEdBEaEcEdEbCEaEcEdEbDEaEbEcEdEb，C正確.1(靜電屏蔽)請(qǐng)用學(xué)過(guò)的電學(xué)知識(shí)判斷下列說(shuō)法正確的是()A電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全B制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好C小鳥(niǎo)停在單根高壓輸電線上會(huì)被電死D打雷時(shí)，待在汽車(chē)?yán)锉却谀疚堇镆ｋU(xiǎn)答案B解析電工穿絕緣衣容易產(chǎn)生大量的靜電，反而比較危險(xiǎn)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤塑料油桶會(huì)因摩擦而帶電，因?yàn)樗芰鲜墙^緣材料，不能把電荷導(dǎo)走，所以塑料油桶內(nèi)易產(chǎn)生火花導(dǎo)致塑料油桶爆炸，選項(xiàng)B正確小鳥(niǎo)停在單根高壓輸電線上時(shí)，加在小鳥(niǎo)兩腳間的電壓非常小，小鳥(niǎo)不會(huì)被電死，選項(xiàng)C錯(cuò)誤打雷時(shí)，待在汽車(chē)?yán)?，汽?chē)的金屬外殼起到靜電屏蔽的作用，而木屋沒(méi)有靜電屏蔽作用，所以待在汽車(chē)?yán)锉却谀疚堇镆踩?，選項(xiàng)D錯(cuò)誤2(靜電平衡的理解)(2018慶陽(yáng)一中高二期中)在點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中，一金屬球處于靜電平衡狀態(tài)，A為球內(nèi)一點(diǎn)，B為球外表面附近一點(diǎn)，則球上感應(yīng)電荷在A點(diǎn)和B點(diǎn)所激發(fā)的附加場(chǎng)強(qiáng)EA和EB的方向在下列幾個(gè)選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的圖中最有可能的是()答案C解析金屬球達(dá)到靜電平衡后，金屬球內(nèi)各點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度與點(diǎn)電荷Q產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反，點(diǎn)電荷Q在A點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向指向Q，則感應(yīng)電荷在A點(diǎn)激發(fā)的附加場(chǎng)強(qiáng)背離Q；因球處于靜電平衡時(shí)，球面是等勢(shì)面，電場(chǎng)線與等勢(shì)面垂直，故在B點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)方向沿OB方向指向球外，而Q在B點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向指向Q，根據(jù)矢量合成可得球面的感應(yīng)電荷在B點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)方向；綜上所述只有選項(xiàng)C最有可能3(導(dǎo)體的電荷分布)一帶有絕緣底座的空心金屬球殼A帶有4108 C的正電荷，有絕緣柄的金屬小球B帶有2108 C的負(fù)電荷，使B球與球殼A內(nèi)壁接觸，如圖8所示，則A、B帶電荷量分別為()圖8AQA1108 C，QB1108 CBQA2108 C，QB0CQA0，QB2108 CDQA4108 C，QB2108 C答案B解析B與A接觸后，負(fù)電荷全部分布在外表面，內(nèi)壁電荷量為零，故B帶電荷量為零，A帶電荷量為正、負(fù)電荷中和后的電荷量，即QA2.0108 C，故選B.4(尖端放電現(xiàn)象的應(yīng)用與防止)下列應(yīng)用與防護(hù)不屬于尖端放電現(xiàn)象的是()A一般高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面應(yīng)該盡量光滑B一般馬路表面建造的很平滑C夜間高壓線周?chē)鷷?huì)出現(xiàn)一層綠色光暈D一般高樓大廈頂部裝有避雷針答案B解析馬路表面建造的很平滑與靜電無(wú)關(guān)，A、C、D屬于尖端放電現(xiàn)象，故選B.5(靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體特點(diǎn))(2016江蘇單科)一金屬容器置于絕緣板上，帶電小球用絕緣細(xì)線懸掛于容器中，容器內(nèi)的電場(chǎng)線分布如圖9所示容器內(nèi)表面為等勢(shì)面，A、B為容器內(nèi)表面上的兩點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是()圖9AA點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比B點(diǎn)的大B小球表面的電勢(shì)比容器內(nèi)表面的低CB點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向與該處內(nèi)表面垂直D將檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)沿不同路徑移到B點(diǎn)，電場(chǎng)力所做的功不同答案C解析由電場(chǎng)線的疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)度大小可知，A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比B點(diǎn)的小，A項(xiàng)錯(cuò)誤；沿電場(chǎng)線的方向電勢(shì)逐漸降低，B項(xiàng)錯(cuò)誤；容器的內(nèi)表面為一等勢(shì)面，內(nèi)表面處各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的方向與等勢(shì)面垂直，C項(xiàng)對(duì)；容器內(nèi)表面為等勢(shì)面，在等勢(shì)面上移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力不做功，D項(xiàng)錯(cuò)誤6(感應(yīng)電荷場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算)如圖10