2018年高中物理第一章靜電場1.9靜電平衡的特征及應(yīng)用學(xué)案新人教版選修3-1

1、靜電平衡的特征及應(yīng)用【明確學(xué)月目沐高效學(xué)*有般知、考點(diǎn)突破：知識(shí)點(diǎn)考綱要求題型說明靜電平衡 的特征及 應(yīng)用1.1.理解什么是靜電平衡狀態(tài)；2.2. 掌握處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的 特點(diǎn)；3.3.知道靜電屏蔽及其應(yīng)用。選擇題計(jì)算題本知識(shí)點(diǎn)屬于咼考重 點(diǎn)，常以靜電感應(yīng)為基 礎(chǔ)，考查場強(qiáng)的疊加，重點(diǎn)考查處于靜電平 衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特 征。、重難點(diǎn)提示：重點(diǎn)：1.1.理解什么是靜電平衡狀態(tài)；2.2.掌握處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特點(diǎn)。難點(diǎn)：靜電屏蔽現(xiàn)象。hlj考點(diǎn)闢ill【昨點(diǎn)籲傾1.1. 靜電感應(yīng)把金屬導(dǎo)體放在外電場E外中，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受電場力作用產(chǎn)生定向移動(dòng)，使得導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量的異種電荷

2、，這種由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在外電場力作用下重新分布的現(xiàn)象叫作靜電感應(yīng)。（在靠近帶電體端感應(yīng)出異種電荷，在遠(yuǎn)離帶電體端感應(yīng)出同種電荷）。JUr-V- 卜出 f4d由帶電粒子在電場中受力去分析。靜電感應(yīng)可從兩個(gè)角度來理解：1根據(jù)同種電荷相排斥，異種電荷相吸引來解釋；2也可以從電勢的角度來解釋，導(dǎo)體中的電子總是沿電勢高的方向移動(dòng)。2.2. 靜電平衡（1 1）靜電平衡發(fā)生靜電感應(yīng)后的導(dǎo)體， 兩端面出現(xiàn)等量感應(yīng)電荷，在導(dǎo)體內(nèi)部，感應(yīng)電荷產(chǎn)生一個(gè)附加電場E附，這個(gè)E附與原電場方向相反，當(dāng)E附增大到與原電場等大時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)合場強(qiáng)為 零，自由電子定向移動(dòng)停止，這時(shí)的導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。OhlL二IE eeee

3、eeeA2注意：沒有定向移動(dòng)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)。（2 2）處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特點(diǎn)1內(nèi)部場強(qiáng)處處為零， 電場線在導(dǎo)體內(nèi)部中斷。 導(dǎo)體內(nèi)部的電場強(qiáng)度是外加電場和感應(yīng) 電荷產(chǎn)生的電場這兩種電場疊加的結(jié)果。2整個(gè)導(dǎo)體是等勢體，表面是個(gè)等勢面；導(dǎo)體表面上任意兩點(diǎn)間電勢差為零。（因?yàn)榧偃鐚?dǎo)體中某兩點(diǎn)電勢不相等，則這兩點(diǎn)有電勢差，那么電荷就會(huì)定向運(yùn)動(dòng)）3表面上任何一點(diǎn)的場強(qiáng)方向都跟該點(diǎn)表面垂直；（因?yàn)榧偃绮皇沁@樣， 場強(qiáng)就有一個(gè)沿導(dǎo)體表面的分量，導(dǎo)體上的電荷就會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，這就不是平衡狀態(tài)了）4凈電荷分布在導(dǎo)體的外表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾

4、乎沒有電荷，內(nèi)部沒有凈電荷。曲率半徑小的地方，面電荷密度大，電場強(qiáng)，這是避雷針的原理。3.3.尖端放電（1 1）空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷密度大，電場很強(qiáng)，帶電粒子在強(qiáng)電場作用下劇烈運(yùn) 動(dòng)撞擊空氣分子，從而使分子的正負(fù)電荷分離的現(xiàn)象。（2 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。4.4.靜電屏蔽（1 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，由于殼內(nèi)場強(qiáng)保 持為零，外電場對殼內(nèi)的儀器也不會(huì)產(chǎn)生影響的現(xiàn)象。（2 2）靜電屏蔽的兩種情況及本質(zhì)導(dǎo)體內(nèi)部不受外部電場的影響。卬乙接地的封閉導(dǎo)體殼內(nèi)部

5、電場對殼外空間沒有影響。審乙本質(zhì)：兩種情況中，屏蔽的本質(zhì)是靜電感應(yīng)，使得某一部分空間場強(qiáng)為零，不受電場影 響。q q 的點(diǎn)電荷放在距導(dǎo)體棒左端R R 處，如圖所示，當(dāng)導(dǎo)體棒達(dá)到靜電平衡后，棒上感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小等 于 ，方向。例題 1 1 長為 L L 的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電量為+3思路分析：導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部合場強(qiáng)為零，這是點(diǎn)電荷電場與棒兩端出現(xiàn)的感應(yīng)電荷所形成的附加電場在棒中疊加的結(jié)果，即E E合=E Ei+ E E2= 0 0。因此可通過計(jì)算點(diǎn)電荷+q產(chǎn)生的電場Ei來確定感應(yīng)電荷所形成的電場E2的大小和方向。點(diǎn)電荷+q在棒內(nèi)中點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)由E=k-

6、Q2，得巳= =k kq q，方向向右，由r（R + 2該點(diǎn)合場強(qiáng)為零知，感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小為E2= E = k q,方向（R+2向左。答案：k一q，向左（T）2例題 2 2 將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球 觸），另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球A.A. A A 向左偏離豎直方向，B B 向右偏離豎直方向B.B. A A 的位置不變，B B 向右偏離豎直方向C.C. A A 向左偏離豎直方向，B B 的位置不變D.D. A A 和 B B 的位置都不變思路分析：帶正電的小球 A A 放在不帶電的空心球 C C 內(nèi)，由于靜電感應(yīng)，空心球外殼帶正 電，內(nèi)壁帶負(fù)電，因此B B 所在處

7、有電場，所以 B B 在電場力作用下向右偏而靠近 C C;由于空心 球能屏蔽 B B 球的電場，所以，A A 所在處場強(qiáng)為零，故 A A 球不受電場力，位置不變。答案：B B【方法提煉】導(dǎo)體接地問題的理解方法一一“等效法”對于導(dǎo)體接地問題，我們可以利用“等效法”理解， 導(dǎo)體接地后，把導(dǎo)體和大地等效為 一個(gè)整體，導(dǎo)體是“近端”，大地是“遠(yuǎn)端”，“近端”感應(yīng)出異種電荷，“遠(yuǎn)端”感應(yīng)出 同種電荷，在遠(yuǎn)端和近端之間無電場。+ + +滿分訓(xùn)練：在一個(gè)導(dǎo)體球殼內(nèi)放一個(gè)電荷量為+Q Q 的點(diǎn)電荷，如下圖所示，用 E E 表示球殼外任一點(diǎn)的場強(qiáng)，則（）+q+q 所形成的A A 放在不帶電的金屬空心球C C 內(nèi)（不與球接B B 向 C C 靠近，如圖所示，于是有（）典【祐展升華高分豪取】4A.A.當(dāng)+ Q Q 在球殼中央時(shí)，E E= 0 0B.B.不論+ Q Q 在球殼內(nèi)何處，E E 一定為零C.C.只有當(dāng)+ Q Q 在球心且球殼接地時(shí)，E E= 0 0D.D.只要球殼接地，不論+ Q Q 在球殼內(nèi)何處，E E