1靜電現(xiàn)象的應(yīng)用導(dǎo)學(xué)案G

第一章靜電場§靜電現(xiàn)象的應(yīng)用學(xué)案一．學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，理解導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程，理解處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特征。2.知道處于靜電平衡的導(dǎo)體上電荷的分布規(guī)律。3.理解導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)的特點(diǎn)。3.知道什么是尖端放電現(xiàn)象和靜電屏蔽。4.理解靜電屏蔽現(xiàn)象的形成原因。二．重點(diǎn)難點(diǎn)1.重點(diǎn)：理解導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)的特點(diǎn)2.難點(diǎn)：理解靜電屏蔽現(xiàn)象三．學(xué)法指導(dǎo)靜電感應(yīng)是電學(xué)內(nèi)容的一個(gè)難點(diǎn)，學(xué)習(xí)時(shí)要注意：在靜電感應(yīng)過程中，電荷如何移動(dòng)的，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)，正、負(fù)電荷如何分布。對于靜電場中的導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零，帶電導(dǎo)體上的凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上，同學(xué)們不能把它們當(dāng)作結(jié)論硬性記下來，應(yīng)該弄清其本質(zhì)，才能用它來分析問題、解決問題、體會(huì)物理知識在實(shí)際中的應(yīng)用。下面把本節(jié)課的內(nèi)容認(rèn)真的看一遍。注意體會(huì)教材中的實(shí)驗(yàn)，不清楚的要作一標(biāo)記。看好以后可以查閱一下資料，最后完成本學(xué)案。四．自主學(xué)習(xí)復(fù)習(xí)導(dǎo)體中的自由電荷是，靜電感應(yīng)的實(shí)質(zhì)是在電場的作用下電子發(fā)生的過程。如圖1所示，將呈電中性狀態(tài)的金屬導(dǎo)體放入場強(qiáng)為E0的靜電場中，導(dǎo)體內(nèi)自由電子便受到與場強(qiáng)E0方向的電場力作用，自由電子要向電場的反方向作定向移動(dòng)，（a）所示，并在導(dǎo)體的一個(gè)側(cè)面集結(jié)，使AB端出現(xiàn)電荷，而CD端剩余等量的正電荷圖（b）所示。在電場中的導(dǎo)體沿著電場強(qiáng)度方向兩個(gè)端面出現(xiàn)等量異種電荷，這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。產(chǎn)生的電荷為感應(yīng)電荷。靜電平衡如圖1，電場E0方向?yàn)椋袘?yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生電場E′，我們稱為感應(yīng)電場。電場E′與E0方向，兩個(gè)電場疊加，使導(dǎo)體內(nèi)部的電場，只要電子做定向移動(dòng)，導(dǎo)體兩端的電荷就，電場E′也要隨之，導(dǎo)體內(nèi)部的合電場就要繼續(xù)，直到導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)，導(dǎo)體內(nèi)自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)。導(dǎo)體就達(dá)到了。三．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點(diǎn)1.處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處。2.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外表面附近任何一點(diǎn)的場強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的垂直。3.處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)，，它的表面是個(gè)。4.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部電荷，電荷只分布在。5.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，表面電荷的分布規(guī)律為越尖銳的位置，電荷的密度，凹陷的位置。四、尖端放電1.空氣電離導(dǎo)體簡短的電荷密度，附近的電場，空氣中殘留的在強(qiáng)電場的作用下發(fā)生，把空氣中的氣體分子撞散，也就是使分子中的，這種現(xiàn)象叫空氣的電離。2.尖端放電尖端附近空氣被電離后，中性的分子變成帶負(fù)電的和失去電子而帶正電的。這些粒子在強(qiáng)電場的作用下，撞擊空氣中的，使它們進(jìn)一步，產(chǎn)生更多的。那些與導(dǎo)體尖端的電荷符號的粒子，由于被而奔向尖端，與尖端上的電荷，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端，這個(gè)現(xiàn)象叫尖端放電。3.應(yīng)用是利用尖端放電避免的一種設(shè)施，它是一個(gè)或幾個(gè)尖銳的，安裝在建筑物的，用與埋在地下的連接，保持與大地的良好接觸。4.避免尖端放電會(huì)導(dǎo)致高壓設(shè)備上，所以高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面應(yīng)盡量。夜間高壓線周圍有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一層，俗稱，這是一種微弱的尖端放電。圖2五、靜電屏蔽圖21.定義如圖2所示帶正電物體靠近一個(gè)導(dǎo)體球殼，使球殼的內(nèi)表面帶電，外表面帶電，導(dǎo)體殼內(nèi)空腔里的場強(qiáng)處處為，也就是說無論導(dǎo)體的外部電場是什么樣的，導(dǎo)體內(nèi)部都不會(huì)有電場。導(dǎo)體殼或金屬網(wǎng)罩可以把遮住，使其不受外電場的影響，這種現(xiàn)象叫靜電屏蔽2.靜電屏蔽實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證教材P27的實(shí)驗(yàn)中，通過什么方法來驗(yàn)證處于靜電平衡狀態(tài)的金屬網(wǎng)罩內(nèi)部電場是否存在？3.靜電屏蔽的應(yīng)用①電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面的金屬罩，通訊電纜外面包的一層鉛皮，可以防止外電場的干擾。②電力工人高壓帶電作業(yè)，防護(hù)服是用金屬絲線做成的，可以對人體起到靜電屏蔽作用。五．典型例題例1.如圖1－7－3所示，圖1－7－3一導(dǎo)體球A帶有正電荷，當(dāng)只有它存在時(shí)，它在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的大小為EA.在A球球心與P點(diǎn)連線上有一帶負(fù)電的點(diǎn)電荷B，當(dāng)只有它存在時(shí)，它在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小為EB.當(dāng)A、B同時(shí)存在時(shí)，根據(jù)場強(qiáng)疊加原理，P點(diǎn)的場強(qiáng)大小應(yīng)為()A．EBB．EA＋EBC．|EA－EB|D．以上說法都不對答案D解析當(dāng)帶電導(dǎo)體球周圍無其他導(dǎo)體或帶電體存在時(shí)，導(dǎo)體球上的電荷將均勻分布在導(dǎo)體球表面．根據(jù)題意，均勻分布在導(dǎo)體球上的電荷在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)為EA，當(dāng)把點(diǎn)電荷放在B點(diǎn)后，雖然導(dǎo)體球所帶的總電荷量未變，但因靜電感應(yīng)，導(dǎo)體球上的電荷將重新分布，直到達(dá)到靜電平衡．這時(shí)，導(dǎo)體球上的電荷在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)EA′不等于EA.由于點(diǎn)電荷不涉及電荷如何分布的問題，它在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)與周圍是否存在其他電荷無關(guān)，所以仍為EB，當(dāng)點(diǎn)電荷與導(dǎo)體球A同時(shí)存在時(shí)，P點(diǎn)的場強(qiáng)應(yīng)由EA′與EB疊加而成，而不是由EA與EB疊加，這樣就能立即斷定A、B、C三個(gè)選項(xiàng)都是不對的．例2.將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬圖1－7－4空心球C內(nèi)(不和球壁接觸)，另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近，如圖1－7－4所示，說法正確的有()A．A往左偏離豎直方向，B往右偏離豎直方向B．A的位置不變，B往右偏離豎直方向C．A往左偏離豎直方向，B的位置不變D．A和B的位置都不變解析帶正電的小球A放在不帶電的空心球C內(nèi)，通過靜電感應(yīng)，空心球外殼帶正電，內(nèi)壁帶負(fù)電．因此，金屬空心球C和帶電小球B帶異種電荷，所以B受C球的吸引往右偏離豎直方向．而由于空心球C能屏蔽小球B所產(chǎn)生的外部電場，使小球A不受外電場的作用，所以A的位置不變．六．課堂練習(xí)1.如圖1所示，把一個(gè)架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正電荷形成的電場中，導(dǎo)體處于靜圖1電平衡時(shí)，下敘說法正確的是()圖1A．A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)相等，且都為零B．A、B兩點(diǎn)的場強(qiáng)不相等C．感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加場強(qiáng)大?。麰A︱〉｜EB︱D．當(dāng)電鍵K閉合時(shí)，電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動(dòng)．2.下列關(guān)于避雷針的說法中，正確的是A．避雷針避雷是中和云層中的異種電荷。B．避雷針避雷是將云層中積聚的電荷導(dǎo)入大地C．為了美觀，通常把避雷針頂端設(shè)計(jì)成球形D．避雷針安裝在高大建筑物頂部，而不必接地3．一金屬球，原來不帶電，圖1現(xiàn)沿球直徑的延長線放置一點(diǎn)電荷，如圖1所示．球內(nèi)直徑上a、b、c三點(diǎn)場強(qiáng)大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比()A．Ea最大B．Eb最大C．Ec最大D．Ea＝Eb＝Ec4．如圖5所示，圖5A、B為兩個(gè)帶等量異號電荷的金屬球，將兩根不帶電的金屬棒C、D放在兩球之間，則下列敘述正確的是()A．C棒的電勢一定高于D棒的電勢B．若用導(dǎo)線將C棒的x端與D棒的y端連接起來的瞬間，將有從y流向x的電子流C．若將B球接地，B所帶的負(fù)電荷全部流入大地D．若將B球接地，B所帶的負(fù)電荷還將保留一部分5．如圖3所示，金屬球殼原來帶電，而驗(yàn)電器原來不帶電，現(xiàn)將金屬球殼內(nèi)表面與驗(yàn)電器的金屬小球相連．驗(yàn)電器的金屬箔將()圖3A．不會(huì)張開B．一定會(huì)張開C．先張開，后閉合D．可能張開6．如圖4所示，兩個(gè)相同的空心金屬球M和N，M帶－Q電荷，