高中魯科版物理選修3-1課件-電場(chǎng)中的導(dǎo)體

高中魯科版物理選修3-1課件--電場(chǎng)中的導(dǎo)體匯報(bào)人：AA2024-01-25目錄contents電場(chǎng)與導(dǎo)體基本概念靜電感應(yīng)現(xiàn)象及原理電場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體作用分析導(dǎo)體在電場(chǎng)中能量轉(zhuǎn)化與守恒導(dǎo)體在交變電流中行為特性總結(jié)回顧與拓展延伸電場(chǎng)與導(dǎo)體基本概念01電場(chǎng)定義：電荷周圍存在的一種特殊物質(zhì)，它對(duì)放入其中的其他電荷產(chǎn)生力的作用。電場(chǎng)性質(zhì)電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用。電場(chǎng)能使放入其中的導(dǎo)體產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象。01020304電場(chǎng)定義及性質(zhì)123導(dǎo)體內(nèi)部存在大量可自由移動(dòng)的電荷，通常稱為載流子。在外電場(chǎng)作用下，載流子定向移動(dòng)形成電流。導(dǎo)體特性電子導(dǎo)體（如金屬）和離子導(dǎo)體（如電解質(zhì)溶液）。根據(jù)載流子類型良導(dǎo)體和不良導(dǎo)體。根據(jù)導(dǎo)電性能導(dǎo)體特性與分類靜電平衡狀態(tài)靜電平衡狀態(tài)定義：導(dǎo)體（包括表面）中沒有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài)。靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零。導(dǎo)體表面附近電場(chǎng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)體表面垂直。導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體，表面是一個(gè)等勢(shì)面。靜電感應(yīng)現(xiàn)象及原理02實(shí)驗(yàn)器材：帶電體（如帶電棒）、導(dǎo)體（如金屬球）、驗(yàn)電器實(shí)驗(yàn)步驟1.將帶電體靠近導(dǎo)體，觀察導(dǎo)體的變化。2.將帶電體移開，觀察導(dǎo)體的變化。3.用驗(yàn)電器檢驗(yàn)導(dǎo)體的帶電情況。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部電荷重新分布，靠近帶電體的一端出現(xiàn)異種電荷，遠(yuǎn)離帶電體的一端出現(xiàn)同種電荷。當(dāng)帶電體移開時(shí)，導(dǎo)體恢復(fù)原狀。靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)演示感應(yīng)電荷的電量與帶電體的電量相等，但電性相反。感應(yīng)電荷的分布與導(dǎo)體的形狀和大小有關(guān)，導(dǎo)體越尖銳，感應(yīng)電荷越密集。感應(yīng)電荷分布在導(dǎo)體的外表面。感應(yīng)電荷分布規(guī)律靜電感應(yīng)是指導(dǎo)體在靜電場(chǎng)作用下，內(nèi)部電荷重新分布的現(xiàn)象。靜電感應(yīng)的原理是庫侖定律和電場(chǎng)疊加原理。當(dāng)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部電荷受到庫侖力的作用，發(fā)生移動(dòng)，使得導(dǎo)體兩端出現(xiàn)異種電荷。同時(shí)，帶電體和導(dǎo)體之間的電場(chǎng)發(fā)生疊加，導(dǎo)致導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，從而影響感應(yīng)電荷的分布。靜電感應(yīng)在生活和生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用，如靜電噴涂、靜電除塵、靜電復(fù)印等。靜電感應(yīng)原理剖析電場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體作用分析03

電場(chǎng)力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況靜電感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)導(dǎo)體置于電場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受到電場(chǎng)力的作用，發(fā)生定向移動(dòng)，使得導(dǎo)體兩端分別出現(xiàn)正負(fù)電荷，形成感應(yīng)電荷。感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與原電場(chǎng)方向相反，使得導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)減弱，直到導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。靜電平衡狀態(tài)在靜電平衡狀態(tài)下，導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷的定向移動(dòng)，即沒有電流。此時(shí)，導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體，表面是一個(gè)等勢(shì)面?；魻栃?yīng)當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。洛倫茲力與電場(chǎng)力的關(guān)系洛倫茲力與電場(chǎng)力是相互垂直的，它們共同作用決定了導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。洛倫茲力當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，其中的自由電子受到洛倫茲力的作用，發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流。洛倫茲力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況導(dǎo)體在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)01當(dāng)導(dǎo)體同時(shí)處于電場(chǎng)和磁場(chǎng)中時(shí)，其中的自由電子受到電場(chǎng)力和洛倫茲力的共同作用，發(fā)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。感應(yīng)電流的產(chǎn)生02在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同作用下，導(dǎo)體內(nèi)部可能產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的大小和方向取決于電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及導(dǎo)體的形狀和位置等因素。能量轉(zhuǎn)化與守恒03在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同作用下，導(dǎo)體會(huì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)化。一部分電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能，另一部分電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的動(dòng)能。同時(shí)，遵循能量守恒定律。綜合分析：電場(chǎng)力與洛倫茲力共同作用導(dǎo)體在電場(chǎng)中能量轉(zhuǎn)化與守恒0403能量轉(zhuǎn)化與路徑無關(guān)在電場(chǎng)中，能量轉(zhuǎn)化與路徑無關(guān)，只與電荷的初末位置有關(guān)。01電場(chǎng)力對(duì)電荷做功當(dāng)電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力會(huì)對(duì)電荷做功，使電荷的動(dòng)能發(fā)生變化。02電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能當(dāng)電荷在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，其電勢(shì)能會(huì)轉(zhuǎn)化為其他形式的能，如熱能、光能等。能量轉(zhuǎn)化過程分析能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其它物體，而能量的總量保持不變。在電場(chǎng)中，電荷的電勢(shì)能、動(dòng)能和轉(zhuǎn)化為其他形式的能的總和保持不變。能量守恒定律在電場(chǎng)中應(yīng)用電場(chǎng)中的能量守恒能量守恒定律放電過程在放電過程中，電容器將存儲(chǔ)的能量釋放出來，使電路中的電荷移動(dòng)形成電流。此時(shí)，電容器的電勢(shì)能減小，而電路中的其他形式的能增加。充電過程在充電過程中，電源將能量傳遞給電容器，使電容器極板上的電荷量增加，電勢(shì)能增大。同時(shí)，電路中也會(huì)產(chǎn)生熱能等其他形式的能。能量轉(zhuǎn)化分析在電容器的充放電過程中，電場(chǎng)能與其他形式的能之間相互轉(zhuǎn)化，但總能量保持不變，符合能量守恒定律。實(shí)例探討：電容器充放電過程中能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體在交變電流中行為特性05通過交流電源或振蕩電路產(chǎn)生大小和方向隨時(shí)間周期性變化的電流。交變電流的產(chǎn)生一種最常見的交變電流，其電流瞬時(shí)值表達(dá)式為i=Imsin(ωt+φ0)，其中Im為最大電流值，ω為角頻率，φ0為初相位。正弦交變電流交變電流的大小和方向隨時(shí)間作周期性變化，其周期T和頻率f滿足T=1/f的關(guān)系。交變電流的周期性交變電流產(chǎn)生及變化規(guī)律當(dāng)交變電流通過導(dǎo)體時(shí)，電流在導(dǎo)體截面上的分布不均勻，越靠近導(dǎo)體表面的電流密度越大，這種現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。趨膚效應(yīng)使得導(dǎo)體的有效電阻增加，導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱增加。趨膚效應(yīng)當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體中通有交變電流時(shí)，如果兩個(gè)導(dǎo)體相互靠近，則它們之間的磁場(chǎng)會(huì)相互作用，使得導(dǎo)體中的電流分布發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為鄰近效應(yīng)。鄰近效應(yīng)會(huì)影響導(dǎo)體的電阻和電感等參數(shù)。鄰近效應(yīng)趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)剖析變壓器工作原理變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作的電氣設(shè)備。當(dāng)原邊繞組通以交變電流時(shí)，在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通，從而在副邊繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。通過改變?cè)?、副邊繞組的匝數(shù)比，可以實(shí)現(xiàn)電壓的變換。變壓器的應(yīng)用變壓器在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用，如升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器等。此外，在電子設(shè)備和通信系統(tǒng)中也大量使用變壓器進(jìn)行電壓變換和信號(hào)傳輸。實(shí)例探討：變壓器工作原理與應(yīng)用總結(jié)回顧與拓展延伸06電場(chǎng)中的導(dǎo)體特性導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)為零。導(dǎo)體表面是等勢(shì)面，電場(chǎng)線與導(dǎo)體表面垂直。關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)總結(jié)回顧靜電感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)導(dǎo)體靠近帶電體時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部電荷會(huì)重新分布。靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷的定向移動(dòng)。關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)總結(jié)回顧電荷分布與電場(chǎng)線正電荷分布在導(dǎo)體的外表面，負(fù)電荷分布在導(dǎo)體的內(nèi)表面。電場(chǎng)線始于正電荷，終止于負(fù)電荷，且與導(dǎo)體表面垂直。關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)總結(jié)回顧分析導(dǎo)體在電場(chǎng)中的狀態(tài)判斷導(dǎo)體是否處于靜電平衡狀態(tài)。利用高斯定理分析導(dǎo)體表面的電荷分布。解題技巧與方法歸納利用電場(chǎng)線判斷電勢(shì)高低電場(chǎng)線密集的地方電勢(shì)高，稀疏的地方電勢(shì)低。根據(jù)電場(chǎng)線的方向判斷電勢(shì)的升降。解題技巧與方法歸納03利用向量知識(shí)分析電場(chǎng)的方向和大小。01結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題02利用微積分知識(shí)分析電場(chǎng)的分布。解題技巧與方法歸納123超導(dǎo)材料在電場(chǎng)中的應(yīng)用超導(dǎo)材料在低溫下電阻為零，可應(yīng)用于無損耗輸電和磁懸浮列車等。超導(dǎo)材料在強(qiáng)電場(chǎng)下的特殊性質(zhì)，如邁斯納效應(yīng)等。拓展延伸：新技術(shù)、新應(yīng)用介紹納米技術(shù)在電場(chǎng)中的應(yīng)用