河南省沁陽(yáng)市第一中學(xué)高中物理 第七節(jié) 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修32.doc

河南省沁陽(yáng)市第一中學(xué)2013-2014學(xué)年高二物理 第七節(jié) 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修3-2【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】1靜電感應(yīng)現(xiàn)象放入電場(chǎng)中的導(dǎo)體，其內(nèi)部的自由電子在電場(chǎng)力的作用下向電場(chǎng)的反方向作定向移動(dòng)，致使導(dǎo)體的兩端分別出現(xiàn)等量的正、負(fù)電荷。這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)現(xiàn)象。2靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體中(包括表面)沒(méi)有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài)。3處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的性質(zhì)(1)導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。(2)導(dǎo)體表面上任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向跟該點(diǎn)的表面垂直。(3)導(dǎo)體所帶的凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上，導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈電荷。(4)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面。(5)地球是個(gè)大導(dǎo)體，靜電平衡狀態(tài)的地球以及跟它相連的導(dǎo)體都是等勢(shì)體。(6)孤立導(dǎo)體表面的電荷分布特點(diǎn)：在孤立導(dǎo)體表面，向外突出的地方電荷較密，比較平坦的地方電荷較疏，向里凹進(jìn)的地方電荷最疏。因而導(dǎo)體尖端電荷面密度較大致使該處場(chǎng)強(qiáng)較大，從而可能使得空氣被電離成導(dǎo)體而發(fā)生尖端放電現(xiàn)象。夜間看到的高壓電線(xiàn)周?chē)\罩著的一層綠色光暈(電暈)就是一種微弱的尖端放電形式。尖端放電致使高壓線(xiàn)及高壓電極上電荷的丟失，因此，凡對(duì)地有高壓的導(dǎo)體(或兩個(gè)相互有高壓的導(dǎo)體)，其表面都應(yīng)盡量光滑。避雷針即利用尖端放電的道理制成的。3靜電的防止和利用(1)危害靜電由于吸附塵埃會(huì)給印刷、制藥、合成纖維等工業(yè)生產(chǎn)中帶來(lái)危害。靜電對(duì)高精密儀器有干擾甚至毀壞作用。靜電的最大危害是有可能因靜電火花點(diǎn)燃某些易燃物質(zhì)而引起爆炸。(2)防止最簡(jiǎn)單而又最可靠的辦法是用導(dǎo)線(xiàn)把設(shè)備接地，這樣可以把電荷引入大地，避免靜電積累。油罐車(chē)尾部拖的鐵鏈就是一根接地線(xiàn)。調(diào)節(jié)空氣的溫度也是防止靜電危害的有效方法。(3)利用應(yīng)用的原理：靜電的應(yīng)用原理都是讓帶電的物質(zhì)微粒在電場(chǎng)力作用下奔向并吸附到電極上。靜電除塵，靜電植絨，靜電噴涂，靜電分選，靜電復(fù)印。【知識(shí)梳理】1、電場(chǎng)的重要性質(zhì)是_ _ 2、導(dǎo)體的重要特征是_ _ _ 3、靜電感應(yīng)現(xiàn)象:_ _4、靜電感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是_ _ 5、尖端放電的原理是_ _ 6、尖端放電的原理有何應(yīng)用？避雷針的發(fā)展歷史是怎樣的？7、靜電有哪些應(yīng)用？ 8、 哪些地方應(yīng)該防止靜電？【探究一】靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)是怎樣的？1問(wèn)題：一個(gè)不顯電性的金屬中性導(dǎo)體放在電場(chǎng)中為何兩端又能顯示出電性呢？引入金屬導(dǎo)體后會(huì)對(duì)空間各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)有影響嗎？是什么作用使金屬內(nèi)的電子定向移動(dòng)的？此移動(dòng)一直進(jìn)行嗎？金屬導(dǎo)體內(nèi)部有電場(chǎng)嗎？ 2理論分析：3結(jié)論：4如圖在靜電感應(yīng)時(shí)用手摸一下導(dǎo)體，再移走源電荷，則導(dǎo)體帶什么電？+若將導(dǎo)體接地則情況如何？左端接地呢？5靜電平衡的特點(diǎn)：內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng) （如果不滿(mǎn)足則自由電子將 直至 _ ）導(dǎo)體的表面是 ，整個(gè)導(dǎo)體是 【探究二】導(dǎo)體上電荷的分布演示法1. 拉第圓筒實(shí)驗(yàn)2結(jié)論：凈電荷分布在導(dǎo)體 導(dǎo)體表面附近電場(chǎng)線(xiàn)與表面 導(dǎo)體尖端處電荷密度 3理論分析： 理論證明：中性導(dǎo)體帶電后，由于同種電荷相互排斥，凈電荷只能分布在表面反證法：若內(nèi)部有自由電荷，則內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng) ，導(dǎo)體就不是處于靜電平衡狀態(tài)+4靜電平衡時(shí)導(dǎo)體周?chē)妶?chǎng)分布：上圖空間實(shí)際電場(chǎng)分布，不會(huì)出現(xiàn)虛線(xiàn)電場(chǎng)線(xiàn)（為什么）【探究三】尖端放電 1導(dǎo)體尖端的電荷密度大，給周?chē)h(huán)境帶來(lái)了什么影響？+ 2尖端放電現(xiàn)象給我們什么啟示？有哪些應(yīng)用？【探究四】靜電屏蔽1、 空腔導(dǎo)體的特點(diǎn)：凈電荷只分布在 ，內(nèi)表面 ，空腔內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng)+2、 靜電屏蔽+ 外部電場(chǎng)對(duì)內(nèi)部?jī)x器沒(méi)有影響 若將源電荷置于空腔內(nèi)，則外對(duì)內(nèi)沒(méi)有影響，但內(nèi)對(duì)外有影響 實(shí)驗(yàn)演示：將收音機(jī)置于金屬網(wǎng)罩內(nèi)則聲音大小減小，若將球殼接地，則內(nèi)外各不影響3、 應(yīng)用:電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面套有金屬罩通信電纜版面包一層鉛皮高壓帶電作業(yè)人員穿金屬網(wǎng)衣通訊工具在鋼筋結(jié)構(gòu)房屋中接收信號(hào)弱【典例精析】【例1】a、b為兩個(gè)大小不等的導(dǎo)體球殼（rarb），分別有正電荷q與2q，如圖（1）球殼b與a接觸一下后，將b放進(jìn)a球殼內(nèi)與內(nèi)表面接觸，則a的帶電情況是_，b的帶電情況是_（2）球殼b與a接觸一下后，將b球殼放進(jìn)a球殼內(nèi)，使a瞬間接地，再將b與a的內(nèi)表面接觸，則a的帶電情況是_；b的帶電情況是_【分析】（1）b與a接觸一下后，兩者電量重新分配由于a球殼比b球殼大，一定有電荷從b流向a，結(jié)果a球殼帶電量qaq，b球殼帶電量qb2q，qaqb=3q將b放進(jìn)a球殼內(nèi)與a接觸，b球殼上的電荷將全部轉(zhuǎn)移到a球殼外表面，a球殼外表面帶電量為qa+qb=3q，b球殼不帶電（2）b與a接觸一下后，a球殼帶電qaq，b球殼帶電qb2q將b放進(jìn)a球殼內(nèi)，由于靜電感應(yīng)，a球殼內(nèi)表面感應(yīng)出電量-qb，a球殼外表面帶電為qaqb=3qa瞬間接地后，a球殼外表面電荷中和再將b與a的內(nèi)表面接觸，兩者電荷正好全部中和【答案】（1）外表面帶電3q、不帶電；（2）不帶電、不帶電【說(shuō)明】由于靜電平衡時(shí)，電荷只分布在外表面，所以a、b兩球接觸后，無(wú)論帶電量如何分配，當(dāng)b放進(jìn)a內(nèi)與a內(nèi)表面接觸后，它的電荷一定全部轉(zhuǎn)移到a的外表面【例2】一金屬球，原來(lái)不帶電，現(xiàn)沿球的直徑的延長(zhǎng)線(xiàn)放置一均勻帶電的細(xì)桿mn，如圖所示金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在球內(nèi)直徑上a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小分別為ea、eb、ec，三者相比（）aea最大 beb最大cec最大 dea=eb=ec【分析】金屬球處在帶電細(xì)桿的電場(chǎng)內(nèi)，靜電平衡時(shí)，帶電細(xì)桿和金屬球上感應(yīng)電荷在球內(nèi)各處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的合場(chǎng)強(qiáng)為零設(shè)帶電細(xì)桿mn在球內(nèi)a、b、c三點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)分別為ea、eb、ec，達(dá)靜電平衡時(shí)滿(mǎn)足條件ea-ea=0， eb-eb=0， ec-ec=0由于c點(diǎn)離帶電細(xì)桿最近，帶電細(xì)桿在c點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)最大，因此感應(yīng)電荷在c點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)也最大【答案】c【例3】導(dǎo)體球殼b帶有正電荷q，其中放有導(dǎo)體球a，用細(xì)金屬絲通過(guò)b上的小孔與地相連（細(xì)金屬絲不與球殼b相碰），如圖所示則導(dǎo)體球a( )a不帶電 b帶正電c帶負(fù)電 d可能帶正電，也可能帶負(fù)電【分析】球殼b帶正電荷后，附近的大地因感應(yīng)將帶負(fù)電荷由于導(dǎo)體球a與大地相連，因此，a上也會(huì)感應(yīng)出一定量的負(fù)電荷【答案】c【說(shuō)明】不少學(xué)生常套用靜電屏蔽原理，錯(cuò)選成a應(yīng)該注意：這里的導(dǎo)體a實(shí)際上并沒(méi)有被屏蔽，它與大地等電勢(shì)，可以看成是大地的一個(gè)組成部分并且，由于a的引入，球殼b的內(nèi)壁也會(huì)帶有一定量正電荷，當(dāng)球殼b下方的開(kāi)孔很小，不計(jì)金屬絲影響時(shí)，球殼b內(nèi)壁分布的正電荷總量與導(dǎo)體球a上感應(yīng)的負(fù)電荷總量相等，電場(chǎng)線(xiàn)分布的示意圖如圖所示如果根據(jù)電容器的知識(shí)，對(duì)這個(gè)問(wèn)題的理解更為清楚b球殼的內(nèi)、外殼分別與導(dǎo)體球a及大地構(gòu)成兩個(gè)并聯(lián)電容器b球殼的內(nèi)、外壁相當(dāng)于連在一起的兩個(gè)帶正電的極板，a球應(yīng)帶負(fù)電是確屬無(wú)疑的了【同步練習(xí)】1在正電荷附近有兩個(gè)絕緣導(dǎo)體m、n，由于靜電感應(yīng)發(fā)生了如圖的電荷分布，當(dāng)用導(dǎo)線(xiàn)將a d兩點(diǎn)聯(lián)接起來(lái)時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)中是否有電流流過(guò)，如果有電流，電流的方向是怎樣的？2如圖所示，面積足夠大的、板間距離為d的兩平行金屬板豎直放置，與直流電壓為u的電源連接，板間放一半徑為r（2rd）的絕緣金屬球殼，c、d是球殼水平直徑上的兩點(diǎn)，則以下說(shuō)法正確的是（ ）a由于靜電感應(yīng)，球殼上c、d兩點(diǎn)電勢(shì)差為ru/db由于靜電感應(yīng)，球殼中心o點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零c用手摸一下球殼，再拿去平行金屬板，球殼帶正電d用手摸一下球殼，再拿去平行金屬板，球殼帶負(fù)電【能力練習(xí)】1如圖中，實(shí)心金屬球a半徑為r，帶電量為q，點(diǎn)電荷b帶電量為q.b與a球間的距離為r. 當(dāng)b不存在而只有a存在且達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)，電荷q在球心o處的電場(chǎng)強(qiáng)度等于_當(dāng)點(diǎn)電荷b也同時(shí)存在并達(dá)到靜電平衡時(shí)，球心o處的電場(chǎng)強(qiáng)度等于_，金屬球上的電荷在球心o處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的大小等于_2如圖所示，將一不帶電的空腔導(dǎo)體a的內(nèi)壁與一外殼接地的靜電計(jì)相連，又將另一個(gè)帶正電的導(dǎo)體b向a移動(dòng)，最后b與a接觸，此過(guò)程中靜電計(jì)指針將會(huì)（ ）ab與a未接觸時(shí)指針不張開(kāi)，接觸時(shí)變大b指針一直不張開(kāi)cb與a未接觸時(shí)指針不張開(kāi)，接觸時(shí)變小db與a靠近時(shí)指針張開(kāi)，接觸時(shí)張角最大3如圖所示，兩個(gè)相同的空心金屬球m和n，m帶-q電荷，n不帶電，旁邊各放一個(gè)不帶電的金屬球p和r（m、n相距很遠(yuǎn)，互不影響），當(dāng)將帶正電q的小球分別放入m和n的空腔時(shí)（ ）ap、r上均出現(xiàn)感應(yīng)電荷bp、r上均沒(méi)有感應(yīng)電荷cp上有感應(yīng)電荷，而r上沒(méi)有感應(yīng)電荷dp上沒(méi)有感應(yīng)電荷，而r上有感應(yīng)電荷4如圖所示，一個(gè)帶正電的絕緣金屬球殼a，頂部開(kāi)一小孔，有兩只帶正電的金屬球b、c，用金屬導(dǎo)線(xiàn)連接，讓b球置于球殼a內(nèi)的空腔中，與內(nèi)表面接觸后又提起，c球放置在a球殼外，待靜電平衡后正確的判斷是（ ）ab、c兩球都不帶電bb球不帶電，c球帶電c讓c球接地后，b球不帶電d讓c球接地后，a球殼空腔內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)為零5如圖所示，一導(dǎo)體球a帶有正電荷，當(dāng)只有它存在時(shí)