重慶市萬州區(qū)分水中學(xué)高中物理 第一章 第9講 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用教學(xué)案 新人教版選修31(1).doc

重慶市萬州區(qū)分水中學(xué)高中物理 第一章 第9講 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用教學(xué)案 新人教版選修3-1目標(biāo)定位1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特征.2.知道靜電平衡狀態(tài)下電荷的分布規(guī)律.3.了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)1靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體在電場(chǎng)中發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，感應(yīng)電荷的電場(chǎng)與原電場(chǎng)疊加，使導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)減弱，直至為零，導(dǎo)體內(nèi)部自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)的狀態(tài)2處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特征(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其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，它的表面是個(gè)等勢(shì)面，地球是一個(gè)等勢(shì)體想一想導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡后，導(dǎo)體內(nèi)的電荷還在運(yùn)動(dòng)嗎？答案達(dá)到靜電平衡后，自由電子沒有定向移動(dòng)而不是說導(dǎo)體內(nèi)部的電荷不動(dòng)，內(nèi)部的電子仍在做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)二、導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn)1導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷，凈電荷分布在導(dǎo)體的外表面2在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷3尖端放電(1)空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷密度很大，電場(chǎng)很強(qiáng)，帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下劇烈運(yùn)動(dòng)撞擊空氣分子，從而使空氣分子的正負(fù)電荷分離的現(xiàn)象(2)尖端放電：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，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象三、靜電屏蔽1定義：把一個(gè)電學(xué)儀器放在封閉的金屬殼里，即使殼外有電場(chǎng)，由于殼內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)保持為零，外電場(chǎng)對(duì)殼內(nèi)的儀器也不會(huì)產(chǎn)生影響的現(xiàn)象2實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽不一定要用密封的金屬容器，金屬網(wǎng)也能起到屏蔽作用.一、靜電平衡的理解及應(yīng)用1靜電平衡實(shí)質(zhì)(1)在達(dá)到靜電平衡的過程中，外電場(chǎng)引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的定向移動(dòng)使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外電場(chǎng)方向相反，使合場(chǎng)強(qiáng)減小，隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加，合場(chǎng)強(qiáng)逐漸減小，直至合場(chǎng)強(qiáng)為零，自由電荷的定向移動(dòng)停止(2)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)存在兩個(gè)電場(chǎng)：外電場(chǎng)e0和感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的附加電場(chǎng)e，在導(dǎo)體內(nèi)部各位置，附加電場(chǎng)e與外電場(chǎng)e0方向相反、大小相等，導(dǎo)體內(nèi)各位置的合場(chǎng)強(qiáng)為零，自由電荷所受合力為零2對(duì)靜電平衡的理解(1)靜電平衡是自由電荷發(fā)生定向移動(dòng)的結(jié)果，達(dá)到靜電平衡時(shí)，自由電荷不再發(fā)生定向移動(dòng)(2)金屬導(dǎo)體建立靜電平衡的時(shí)間是非常短暫的(3)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡后，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零是指原電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度e0與導(dǎo)體兩端感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)e的合場(chǎng)強(qiáng)為零例1長為l的導(dǎo)體棒原來不帶電，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191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)開答案向左解析導(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，棒中任何一點(diǎn)都有兩個(gè)電場(chǎng)，即外電場(chǎng)：q在該點(diǎn)形成的電場(chǎng)e0；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)到靜電平衡時(shí)ee0.題中所求的即為e，于是我們通過上述等式轉(zhuǎn)化為求e0.于是ee0.e和e0方向相反，方向向左借題發(fā)揮(1)當(dāng)外電場(chǎng)、導(dǎo)體在電場(chǎng)中的位置或?qū)w的形狀發(fā)生變化時(shí)：感應(yīng)電荷的分布會(huì)迅速變化，很快達(dá)到新的平衡(2)靜電平衡時(shí)，感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)為零二、靜電屏蔽的理解及應(yīng)用1靜電屏蔽實(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，矢量和為零而已2靜電屏蔽的兩種情況(1)導(dǎo)體外部的電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體內(nèi)部靜電屏蔽的本質(zhì)是靜電感應(yīng)，導(dǎo)體外面的電場(chǎng)不影響導(dǎo)體內(nèi)部，是因?yàn)橥怆妶?chǎng)與導(dǎo)體表面的感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)疊加后合場(chǎng)強(qiáng)為零如圖192所示，把驗(yàn)電器靠近帶電體，如圖甲所示，箔片會(huì)張開，但如果把驗(yàn)電器置于金屬網(wǎng)罩內(nèi)如圖乙所示，再靠近帶電體，箔片不再張開，說明網(wǎng)罩內(nèi)不受外電場(chǎng)的影響圖192(2)接地導(dǎo)體的內(nèi)部電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體外部接地導(dǎo)體的內(nèi)部電場(chǎng)不影響導(dǎo)體外部，是因?yàn)閷?dǎo)體外部的感應(yīng)電荷都被排斥入地，在只有施感電荷和內(nèi)壁感應(yīng)出的異種電荷的情況下，兩部分電荷在導(dǎo)體外部任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)疊加后合場(chǎng)強(qiáng)為零如圖193所示，如果一封閉的導(dǎo)體球殼內(nèi)部空間有一點(diǎn)電荷q.由于靜電感應(yīng)，導(dǎo)體球殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷，其電場(chǎng)線分布如圖甲所示；當(dāng)把導(dǎo)體球殼接地后，q在殼內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)外部空間就沒有影響了，此時(shí)的電場(chǎng)線分布如圖乙所示圖193例2如圖194所示，兩個(gè)相同的空心金屬球m和n，m帶電荷量為q，n不帶電(m、n相距很遠(yuǎn)，互不影響)，旁邊各放一個(gè)不帶電的金屬球p和r，當(dāng)將帶正電q的小球分別放入m和n的空腔中時(shí)()圖194ap、r上均出現(xiàn)感應(yīng)電荷bp、r上均沒有感應(yīng)電荷cp上有而r上沒有感應(yīng)電荷dp上沒有而r上有感應(yīng)電荷答案d解析當(dāng)將帶正電q的小球放入m的空腔中時(shí)，由于靜電感應(yīng)，m的內(nèi)表面帶負(fù)電，而外表面帶正電，其電荷量為q，它與原來金屬球m外表面所帶的電荷q正好中和，使外表面不帶電這實(shí)際上是m所帶電荷q被吸引至內(nèi)表面，所以金屬球m外部不存在電場(chǎng)，不能使p產(chǎn)生靜電感應(yīng)，p上沒有感應(yīng)電荷當(dāng)將帶正電q的小球放入原來不帶電的n的空腔中時(shí)，由于靜電感應(yīng)，n內(nèi)表面帶負(fù)電荷，外表面帶正電荷，n外部有電場(chǎng)，使r產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使左端帶負(fù)電，右端帶正電，故選項(xiàng)d正確借題發(fā)揮對(duì)靜電屏蔽問題的分析，關(guān)鍵是抓住靜電感應(yīng)現(xiàn)象的特點(diǎn)并認(rèn)識(shí)到感應(yīng)電荷的分布.靜電平衡中的感應(yīng)電場(chǎng)1處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零的原因是()a導(dǎo)體內(nèi)部無任何電場(chǎng)b外電場(chǎng)不能進(jìn)入導(dǎo)體內(nèi)部c所有感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)為零d外電場(chǎng)和所有感應(yīng)電荷的電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的合場(chǎng)強(qiáng)為零答案d靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特征圖1952如圖195所示為一空腔球形導(dǎo)體(不帶電)，現(xiàn)在將一個(gè)帶正電的小金屬球a放入空腔中，當(dāng)靜電平衡時(shí)，圖中a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)e和電勢(shì)的關(guān)系是()aeaebec，abcbeaebec，abcceaebec，abcdeaeceb，abc答案d解析空腔球形導(dǎo)體在正電荷a的電場(chǎng)中感應(yīng)的結(jié)果如圖所示，從電場(chǎng)線的疏密可確定a點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大于c點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)，而b點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零，故eaeceb，而沿著電場(chǎng)線電勢(shì)降低，故abc，d選項(xiàng)正確靜電防護(hù)和靜電屏蔽的應(yīng)用3電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，下列說法正確的是()a銅絲編織的衣服不易拉破b電工被銅絲衣服所包裹，使體內(nèi)電勢(shì)為零c電工被銅絲衣服所包裹，使體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零d銅線電阻小，能對(duì)人體起到保護(hù)作用答案c解析高壓線路的檢修人員在進(jìn)行高壓作業(yè)時(shí)，要穿上用金屬絲網(wǎng)制成的高壓作業(yè)服，相當(dāng)于把人體用金屬網(wǎng)罩起來這樣，外部電場(chǎng)就不會(huì)影響到人體，從而避免了感應(yīng)電場(chǎng)對(duì)人體的傷害故選項(xiàng)c正確.(時(shí)間：60分鐘)題組一靜電的防止與應(yīng)用1下列措施中，屬于防止靜電危害的是()a油罐車后有一條拖在地上的鐵鏈條b小汽車上有一根露在車面上的小天線c在印染廠中保持適當(dāng)?shù)臐穸萪在地毯上夾雜0.050.07 mm的不銹鋼絲導(dǎo)電纖維答案acd解析b選項(xiàng)屬于防止靜電屏蔽2某農(nóng)村小塑料加工廠的高頻熱合機(jī)(焊縫用)產(chǎn)生的電磁波頻率和電視信號(hào)頻率接近，由于該村尚未通有線電視信號(hào)，空中的信號(hào)常常受到干擾，在電視熒屏上出現(xiàn)網(wǎng)狀條紋，影響正常收看為了使電視機(jī)不受干擾，可采取的辦法是()a將電視機(jī)用一金屬籠子罩起來b將電視機(jī)用一金屬籠子罩起來，并將金屬籠接地c將高頻熱合機(jī)用一金屬籠子罩起來d將高頻熱合機(jī)用一金屬籠子罩起來，并將金屬籠接地答案d解析為了使電視機(jī)能接收電磁波信號(hào)，但又不接收高頻熱合機(jī)產(chǎn)生的電磁波，應(yīng)將高頻熱合機(jī)產(chǎn)生的電磁波信號(hào)屏蔽，而接地金屬籠子具有屏蔽內(nèi)電場(chǎng)的作用，故選項(xiàng)d正確3下列與靜電屏蔽無關(guān)的是()a避雷針的頂端做的很尖細(xì)b用幾萬伏的高壓電電擊關(guān)在金屬籠里的鳥，而鳥安然無恙c超高壓帶電作業(yè)的工作人員穿戴的工作服用包含金屬絲的織物制成d電視閉路線芯外常包有一層金屬網(wǎng)答案a解析避雷針是應(yīng)用尖端放電的原理，其余三項(xiàng)均是利用了金屬對(duì)內(nèi)部的靜電屏蔽作用題組二靜電平衡中的感應(yīng)電場(chǎng)圖1964如圖196所示，帶電體q靠近一個(gè)接地空腔導(dǎo)體，空腔里面無電荷在靜電平衡后，下列物理量中等于零的是()a導(dǎo)體空腔內(nèi)任意點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)b導(dǎo)體空腔內(nèi)任意點(diǎn)的電勢(shì)c導(dǎo)體外表面的電荷量d導(dǎo)體空腔內(nèi)表面的電荷量答案abd解析靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，且內(nèi)表面不帶電，故選項(xiàng)a、d正確由于導(dǎo)體接地，故整個(gè)導(dǎo)體的電勢(shì)為零，選項(xiàng)b正確導(dǎo)體外表面受帶電體q的影響，所帶電荷量不為零，故選項(xiàng)c不正確圖1975如圖197所示，在真空中把一絕緣導(dǎo)體向帶負(fù)電的小球p緩緩靠近(不相碰)，下列說法中正確的是()ab端的感應(yīng)電荷越來越多b導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)越來越大c導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在m點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大于在n點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)d導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在m、n兩點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)相等答案ac解析a離的越近，導(dǎo)體上的電子與負(fù)電荷排斥力越大，越會(huì)向左排斥，故n端帶負(fù)電荷越多，m端帶的正電荷也越多，故a正確；b.導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，故b錯(cuò)誤；c、d.導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，即感應(yīng)電荷的場(chǎng)強(qiáng)和帶電小球的場(chǎng)強(qiáng)等大、反向、共線，由于帶電小球在m點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大，故感應(yīng)電荷在m點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)也大，故c正確，d錯(cuò)誤；故選ac.題組三靜電平衡中電場(chǎng)線及電荷分布6在點(diǎn)電荷q的電場(chǎng)中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓平面與點(diǎn)電荷在同一平面內(nèi)，則盤上感應(yīng)電荷在盤中a點(diǎn)所激發(fā)的附加場(chǎng)強(qiáng)e的方向在下圖中正確的是()答案a解析感應(yīng)電荷在盤中a點(diǎn)激發(fā)的附加場(chǎng)強(qiáng)e應(yīng)與q在a點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)等大反向，故a正確7一個(gè)不帶電的空心金屬球，在它的球內(nèi)放一個(gè)正電荷如圖所示，其電場(chǎng)分布正確的是()答案cd解析空心金屬球內(nèi)放一正電荷，由于靜電感應(yīng)使金屬球殼帶正電，球殼上達(dá)到靜電平衡，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，當(dāng)外殼接地時(shí)，對(duì)外具有屏蔽作用，故選項(xiàng)c、d正確圖1988如圖198所示，原來不帶電的金屬球殼內(nèi)壁接地，將一帶正電的小球放入其中，但不與球殼接觸，則()a球殼內(nèi)壁帶負(fù)電b球殼外壁帶正電c球殼外壁不帶電d若將接地線去掉再移去正電荷，球殼外壁帶負(fù)電答案acd解析球殼內(nèi)正電荷產(chǎn)生電場(chǎng)，使球殼處于靜電平衡狀態(tài)，在球殼的內(nèi)表面出現(xiàn)等量異種電荷，球殼的外表面出現(xiàn)等量同種電荷，當(dāng)球殼接地時(shí)，不論內(nèi)表面接地還是球殼外表面接地，待穩(wěn)定后球殼的電勢(shì)必定為零球殼的外表面無感應(yīng)電荷，球殼外也沒有靜電場(chǎng)，這就是接地導(dǎo)體殼的靜電屏蔽作用故a、c選項(xiàng)正確若將接地線去掉再移去球殼內(nèi)正電荷時(shí)，球殼內(nèi)表面的負(fù)電荷就會(huì)分布到球殼的外表面上，內(nèi)壁不再帶電故d選項(xiàng)正確圖1999如圖199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)電器箔片張開的是()a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用絕緣導(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)中先和b的內(nèi)壁接觸后，由于b的內(nèi)壁本身沒有電荷，所以再接觸a時(shí)驗(yàn)電器箔片不張開；b項(xiàng)中可以使c球帶電，從而使a帶電；c項(xiàng)中用絕緣導(dǎo)線實(shí)際上是將驗(yàn)電器a和b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10如圖，四組靜電實(shí)驗(yàn)中，能使左邊的驗(yàn)電器的金箔張開的是()答案ac解析處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體所帶的電荷都分布在導(dǎo)體的外表面，用導(dǎo)線連接之后，左邊的金箔也是外表面，故a、c均正確，b錯(cuò)誤d選項(xiàng)中由于靜電屏蔽的作用，驗(yàn)電器不受外電場(chǎng)的影響，故金箔是閉合的圖191011如圖1910所示，在兩個(gè)帶等量異種電荷的絕緣導(dǎo)體球之間，對(duì)稱地放著兩個(gè)相同的導(dǎo)體ab