高中物理1.7靜電現(xiàn)象的應用課件新人教版選修3_1

1、7 7靜電現(xiàn)象的應用1.知道靜電感應產(chǎn)生的原因知道靜電感應產(chǎn)生的原因,理解什么是靜電平衡狀態(tài)。理解什么是靜電平衡狀態(tài)。2.理解靜電平衡時理解靜電平衡時,導體內(nèi)部的電場強度處處為零導體內(nèi)部的電場強度處處為零,電荷只分布在電荷只分布在導體的外外表上。導體的外外表上。3.知道處于靜電平衡的導體是等勢體知道處于靜電平衡的導體是等勢體,導體外表是等勢面。導體外表是等勢面。4.知道尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及它們的應用。知道尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及它們的應用。1.靜電平衡狀態(tài)下導體的電場靜電平衡狀態(tài)下導體的電場(1)靜電平衡狀態(tài)靜電平衡狀態(tài):導體中導體中(包括外表包括外表)自由電子不再發(fā)生定向移動自由電子不再

2、發(fā)生定向移動,我們就認為導體到達了靜電平衡狀態(tài)。我們就認為導體到達了靜電平衡狀態(tài)。(2)靜電平衡狀態(tài)下導體的特點靜電平衡狀態(tài)下導體的特點:處于靜電平衡狀態(tài)的導體處于靜電平衡狀態(tài)的導體,內(nèi)部電場處處為零。內(nèi)部電場處處為零。處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是一個等勢體處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是一個等勢體,它的外表是一個等它的外表是一個等勢面。勢面。外表處的電場強度不為零外表處的電場強度不為零,外表處的電場強度方向跟導體外表垂外表處的電場強度方向跟導體外表垂直。直。2.導體上電荷的分布導體上電荷的分布(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導體處于靜電平衡狀態(tài)的導體,內(nèi)部沒有電荷內(nèi)部沒有電荷,電荷只分布在外外表。電荷只

3、分布在外外表。(2)在導體外表在導體外表,越鋒利的位置越鋒利的位置,電荷的密度電荷的密度(單位面積上的電荷量單位面積上的電荷量)越越大大,凹陷的位置幾乎沒有電荷。凹陷的位置幾乎沒有電荷。3.尖端放電尖端放電(1)空氣的電離空氣的電離:使空氣分子中的正負電荷別離使空氣分子中的正負電荷別離,這種現(xiàn)象叫作空氣這種現(xiàn)象叫作空氣的電離。的電離。(2)尖端放電尖端放電:導體尖端的電荷密度很大導體尖端的電荷密度很大,附近的電場很強附近的電場很強,使周圍中使周圍中性空氣分子電離性空氣分子電離,變成帶電離子變成帶電離子,這些帶電離子在強電場的作用下這些帶電離子在強電場的作用下加速撞擊空氣中的分子會使更多的空氣分

4、子電離加速撞擊空氣中的分子會使更多的空氣分子電離,產(chǎn)生大量的正負產(chǎn)生大量的正負離子離子,與導體尖端的電荷符號相反的離子被吸引到尖端與導體尖端的電荷符號相反的離子被吸引到尖端,跟尖端上跟尖端上的電荷中和的電荷中和,這相當于尖端失去電荷這相當于尖端失去電荷,這種現(xiàn)象叫作尖端放電。這種現(xiàn)象叫作尖端放電。(3)應用與防止應用與防止:應用有避雷針應用有避雷針;防止有高壓輸電設備導體的外表盡防止有高壓輸電設備導體的外表盡量做得光滑量做得光滑,防止放電。防止放電。4.靜電屏蔽靜電屏蔽導體處于靜電平衡時導體處于靜電平衡時,內(nèi)部電場強度處處為零內(nèi)部電場強度處處為零,表現(xiàn)為電中性表現(xiàn)為電中性,假設假設導體是空腔的

5、導體是空腔的,空腔局部的電場強度也處處為零空腔局部的電場強度也處處為零,無論導體外部的無論導體外部的電場是什么樣的電場是什么樣的,電場都不會深入到導體內(nèi)部電場都不會深入到導體內(nèi)部,金屬殼的這種作用金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽。叫作靜電屏蔽。1.為什么處于靜電平衡狀態(tài)下的導體內(nèi)部電場強度處處為零為什么處于靜電平衡狀態(tài)下的導體內(nèi)部電場強度處處為零處在電場中的導體處在電場中的導體,導體中大量的電荷會在靜電力的作用下發(fā)生導體中大量的電荷會在靜電力的作用下發(fā)生定向移動定向移動,在導體的兩端出現(xiàn)等量異種電荷在導體的兩端出現(xiàn)等量異種電荷,稱為感應電荷。感應稱為感應電荷。感應電荷會在導體內(nèi)部激發(fā)附加電場電荷會

6、在導體內(nèi)部激發(fā)附加電場,該電場會阻礙電荷的定向移動該電場會阻礙電荷的定向移動,只要外加電場還大于附加電場只要外加電場還大于附加電場,電荷的定向移動就會繼續(xù)進展電荷的定向移動就會繼續(xù)進展,導導體兩端的感應電荷就會進一步增加體兩端的感應電荷就會進一步增加,附加電場就會進一步增強附加電場就會進一步增強,阻阻礙電荷的定向移動的力度會進一步加大礙電荷的定向移動的力度會進一步加大,當外加電場與附加電場等當外加電場與附加電場等大時大時,電荷受力平衡電荷受力平衡,電荷的定向移動完畢電荷的定向移動完畢,導體處于靜電平衡狀態(tài)導體處于靜電平衡狀態(tài),此時此時,外加電場與附加電場矢量和為零。外加電場與附加電場矢量和為零

7、。處于靜電平衡的導體內(nèi)部表現(xiàn)為電中性處于靜電平衡的導體內(nèi)部表現(xiàn)為電中性,假設不是這樣假設不是這樣,導體內(nèi)導體內(nèi)部某一區(qū)域表現(xiàn)出某種電性部某一區(qū)域表現(xiàn)出某種電性,它激發(fā)的電場就會使電荷定向移動它激發(fā)的電場就會使電荷定向移動,直到這一區(qū)域表現(xiàn)為電中性為止。直到這一區(qū)域表現(xiàn)為電中性為止。特別提醒金屬導體中能自由移動的是電子特別提醒金屬導體中能自由移動的是電子,帶正電的金屬離子是帶正電的金屬離子是不動的。不動的。2.怎樣理解靜電屏蔽靜電屏蔽有兩種情況:(1)導體內(nèi)空腔不受外界電場的影響,如甲圖所示。(2)接地空腔導體內(nèi)部電場強度不影響外部空間,如乙圖所示。第一種情況,因場源電荷產(chǎn)生的電場強度與導體球殼

8、外表的感應電荷在空腔內(nèi)的電場強度矢量和為零,表現(xiàn)為導體內(nèi)空腔不受外部電場的影響,起到了屏蔽外部電場的作用。第二種情況,當空腔導體接地時,地球與導體形成同一個導體,空腔內(nèi)壁是場源電荷的近端,感應異種電荷,地球是遠端,感應同種電荷,空腔導體的外外表沒有感應電荷,可理解為內(nèi)部電場對空腔外不產(chǎn)生影響,對內(nèi)部的電場起到了屏蔽作用。特別提醒靜電屏蔽的實質就是靜電感應。研究感應起電的方法就是以場源電荷為參照,近端感應異種電荷,遠端感應同種電荷。類型一類型二類型三靜電平衡狀態(tài)的特點【例1】 如下圖,長為l的金屬桿原來不帶電,在距其左端r處放一個電荷量為 q 的點電荷。問:(1)金屬桿中點處的電場強度為多少?(

9、2)金屬桿上的感應電荷在桿中點處產(chǎn)生的電場強度為多大?點撥:內(nèi)部電場強度處處為0,是因為兩個電場的疊加。類型一類型二類型三解析:(1)導體棒處于靜電平衡時內(nèi)部電場強度處處為0,故金屬桿中點處電場強度為0。(2)內(nèi)部電場強度是兩個電場強度的疊加,所以E感-E=0答案:(1)0 題后反思感應電荷的電荷量未知,故不能直接求出感應電荷在某點的電場強度。類型一類型二類型三靜電屏蔽現(xiàn)象的分析【例2】 如下圖,將懸掛在細線上的帶正電荷的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)(不與內(nèi)壁接觸),另有一個懸掛在細線上的帶負電的小球B,向C球靠近,那么() A.A向左偏離豎直方向,B向右偏離豎直方向B.A的位置不變,B向右偏離豎直方向C.A向左偏離豎直方向,B的位置不變D.A、B的位置都不變點撥:小球A在金屬球殼內(nèi),由于靜電屏蔽的作用,不會受到外電場的影響,金屬球殼C因靜電感應,外外表是帶電的,對B有力的作用。類型一類型二類型三解析:金屬球殼C能屏蔽外部的電場,外部的電場不能深入內(nèi)部,因此小球A不會受到靜電力的作用,不會發(fā)生偏轉;金屬球殼C處在電荷A的電場中,內(nèi)壁是近端,感應異種電荷帶負電,外壁是遠端,感應同種電荷帶正電,正的感應電荷在外部空間同樣會激發(fā)電場,對小球B有吸引的作用,小球B向右偏,選項B正確。答案:B題后反思A對B的作用不是直接的