9.4-靜電的防止與利用-【新教材】人教版高中物理必修第三冊課件

9.4靜電的防止與利用第九章靜電場及其應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)1.知道什么是靜電平衡狀態(tài),理解處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特性2.知道什么是靜電屏蔽及其有關(guān)應(yīng)用3.知道導(dǎo)體上電荷的分配規(guī)律4.了解尖端放電現(xiàn)象5.了解靜電吸附的應(yīng)用引入在加油站給車加油前，為什么要觸摸一下靜電釋放器？靜電平衡如圖所示,把一個不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場中,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動,從而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷。請思考下列問題:(1)自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向如何？(2)自由電子能否一直定向移動？為什么？靜電平衡金屬導(dǎo)體放到電場中,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在靜電力作用下,將向著與電場相反的方向定向移動。在導(dǎo)體的兩個側(cè)面上將出現(xiàn)正負(fù)電荷。導(dǎo)體兩個側(cè)面出現(xiàn)的正負(fù)感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的附加電場E'與外加電場E0的方向相反。

靜電平衡附加電場阻礙自由電子的定向移動,只要外電場電場強(qiáng)度大于附加電場電場強(qiáng)度,自由電子的定向移動就會繼續(xù)進(jìn)行,導(dǎo)體兩個側(cè)面的感應(yīng)電荷就會進(jìn)一步增加,附加電場就會進(jìn)一步增強(qiáng),當(dāng)這兩個電場疊加使導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的合電場強(qiáng)度等于0時,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動,導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡

靜電平衡靜電平衡:金屬導(dǎo)體放到電場中,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在靜電力作用下,將向著與電場相反的方向定向移動。在導(dǎo)體的兩個側(cè)面上將出現(xiàn)正負(fù)電荷,直到導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的電場強(qiáng)度E=0,導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動,這時導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡靜電平衡1.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處為0。2.處于靜電平衡的導(dǎo)體電荷只分布在導(dǎo)體的外表面,導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈剩電荷。形狀不規(guī)則的導(dǎo)體外表面,電荷分布不均勻,電場強(qiáng)度也不相等。越尖銳的位置,電荷的密度越大,周圍的電場強(qiáng)度越大。3.一個孤立的帶電導(dǎo)體,在自身所帶電荷的電場中,處于靜電平衡狀態(tài),具有靜電平衡的所有特點(diǎn)。處于靜電平衡的導(dǎo)體的特點(diǎn)靜電平衡例1如圖所示,把一個架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正點(diǎn)電荷形成的電場中,導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。下列說法正確的是(

)A.導(dǎo)體內(nèi)部A點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場強(qiáng)度B.感應(yīng)電荷在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生的附加電場強(qiáng)度EA=EBC.感應(yīng)電荷在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生的附加電場強(qiáng)度EA<EBD.當(dāng)開關(guān)S閉合時,電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動D靜電平衡解析:枕形導(dǎo)體在點(diǎn)電荷附近,出現(xiàn)靜電感應(yīng)現(xiàn)象,導(dǎo)致電荷重新分布,因此在枕形導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)感應(yīng)電荷的電場與點(diǎn)電荷的電場疊加,靜電平衡時,導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零,A錯誤;導(dǎo)體內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處為零,所以感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場強(qiáng)度的大小與點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的大小相等,方向相反,故EA>EB,B、C錯誤;當(dāng)開關(guān)S閉合時,電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動,中和導(dǎo)體B端多余的正電荷,D正確。靜電平衡例2一金屬球,原來不帶電?，F(xiàn)沿球的直徑的延長線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)生的電場在球內(nèi)直徑上a、b、c三點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小分別為Ea、Eb、Ec,三者相比(

)A.Ea最大 B.Eb最大C.Ec最大 D.Ea=Eb=EcC靜電平衡解析:處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零,故a、b、c三點(diǎn)的電場強(qiáng)度都為零。靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度為零是感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與外電場疊加的結(jié)果,所以感應(yīng)電荷在球內(nèi)某點(diǎn)產(chǎn)生的電場的電場強(qiáng)度與MN在這一點(diǎn)形成的電場的電場強(qiáng)度等大反向,比較a、b、c三點(diǎn)感應(yīng)電場的電場強(qiáng)度,實(shí)質(zhì)上是比較帶電體MN的電場在這三點(diǎn)的電場強(qiáng)度,由于c點(diǎn)離MN最近,故MN的電場在c點(diǎn)的電場強(qiáng)度最大,感應(yīng)電荷電場在c點(diǎn)的電場強(qiáng)度也最大,故C對。導(dǎo)體上電荷的分布法拉第圓筒實(shí)驗(yàn)甲：A的箔片張角逐漸變大乙：A的箔片始終沒有張開導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷,電荷分布在導(dǎo)體的外表面靜電平衡導(dǎo)體表面越尖銳的位置電荷越密集,凹陷的位置幾乎沒有電荷。法拉第圓筒實(shí)驗(yàn)接觸C時驗(yàn)電器的箔片張開角度最大靜電平衡靜電平衡時，導(dǎo)體上的電荷分布有以下兩個特點(diǎn)①導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的表面②在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置電荷的密度（單位面積的電荷量）越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷尖端放電1.尖端放電:導(dǎo)體尖端電荷密度大,周圍的電場強(qiáng)度大,把周圍的空氣電離,帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下加速撞擊空氣中的其他分子使它們進(jìn)一步電離,所帶電荷與導(dǎo)體尖端電性相反的粒子被吸引而奔向尖端與尖端上的電荷中和導(dǎo)體尖端電荷密度大尖端周圍電場強(qiáng)空氣電離空氣中殘留帶電粒子劇烈運(yùn)動尖端失去電荷尖端放電正負(fù)電荷奔向異種電荷尖端放電尖端放電的應(yīng)用——避雷針接近帶電雷雨云避雷針靜電感應(yīng)金屬棒出現(xiàn)與云層相反電荷尖端放電向大氣放電中和空氣中電荷靜電屏蔽靜電屏蔽：空腔導(dǎo)體或金屬網(wǎng)罩可以把外部電場遮住，使其不受外電場的影響實(shí)質(zhì):靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象,使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場和外加電場矢量和為零,好像是金屬殼將外電場“擋”在外面,即所謂的屏蔽作用,其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場并存,矢量和為零而已靜電屏蔽3.靜電屏蔽的兩種情況①導(dǎo)體外部的電場影響不到導(dǎo)體內(nèi)部如圖,把驗(yàn)電器靠近帶電體,箔片會張開,但如果把驗(yàn)電器置于金屬網(wǎng)罩內(nèi),再靠近帶電體,箔片不再張開,說明網(wǎng)罩內(nèi)不受外電場的影響。靜電屏蔽②接地導(dǎo)體的內(nèi)部電場影響不到導(dǎo)體外部如圖,如果一封閉的導(dǎo)體球殼內(nèi)部空間有一點(diǎn)電荷+q。由于靜電感應(yīng),導(dǎo)體球殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷,其電場線分布如圖甲所示;當(dāng)把導(dǎo)體球殼接地后,+q在殼內(nèi)的電場對外部空間就沒有影響了,此時的電場線分布如圖乙所示。靜電屏蔽靜電屏蔽的應(yīng)用野外高壓輸電線受到雷擊的可能性很大，所以在三條輸電線的上方還有兩條導(dǎo)線，它們與大地相連，形成一個稀疏的金屬“網(wǎng)”把高壓線屏蔽起來，免遭雷擊超高壓帶電作業(yè)的工人穿戴的工作服，是用包含金屬絲的織物制成的靜電屏蔽例3下列實(shí)驗(yàn)中,驗(yàn)電器的金屬箔片會張開的是（）

解析:A中不會張開,金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場。B中會張開,因?yàn)榻饘倬W(wǎng)未接地,網(wǎng)內(nèi)的帶電體可以對外界產(chǎn)生影響。C中不會張開,因?yàn)榻饘倬W(wǎng)已接地,網(wǎng)內(nèi)的帶電體對網(wǎng)外無影響,網(wǎng)外的帶電體對網(wǎng)內(nèi)也無影響B(tài)練習(xí)1.一個帶電的金屬球,當(dāng)它帶的電荷量增加后(穩(wěn)定),其內(nèi)部的電場強(qiáng)度(

)A.一定增強(qiáng) B.不變C.一定減弱 D.可能增強(qiáng),也可能減弱解析:孤立帶電金屬球處于靜電平衡,則內(nèi)部電場強(qiáng)度為零,電荷量增加,瞬間再次達(dá)到靜電平衡,使電場強(qiáng)度仍為零B練習(xí)2.如圖所示,將一個帶正電的小球Q放在本身不帶電的枕形導(dǎo)體AB靠近A端一側(cè),由于靜電感應(yīng),枕形導(dǎo)體的A、B兩端分別出現(xiàn)“-”“+”感應(yīng)電荷。則以下說法中正確的是(

)A.A端接一下地,導(dǎo)體將帶正電荷B.A端接一下地,導(dǎo)體將帶負(fù)電荷C.導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的電場方向與小球Q在同位置產(chǎn)生的電場方向相同D.導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為零B練習(xí)解析:將枕形導(dǎo)體接地,則枕形導(dǎo)體帶負(fù)電,故A項(xiàng)錯,B項(xiàng)對;導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的電場方向與小球Q在同位置產(chǎn)生的電場方向相反,故C項(xiàng)錯;小球Q和枕形導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在枕形導(dǎo)體內(nèi)部的合電場強(qiáng)度為零,故D項(xiàng)錯。答案:B練習(xí)3.如圖所示為空腔球形導(dǎo)體(不帶電),現(xiàn)將一個帶正電的小金屬球放入腔內(nèi),靜電平衡時,圖中A、B、C三點(diǎn)的電場強(qiáng)度E的關(guān)系是(

)A.EA>EB>EC

B.EA=EB>ECC.EA=EB=EC

D.EA>EC>EBA解析:畫出系統(tǒng)靜電平衡后,空腔導(dǎo)體上感應(yīng)電荷與導(dǎo)體內(nèi)外的電場線的分布圖如圖所示,從圖中可以看出:EA>EB>EC(C點(diǎn)在導(dǎo)體內(nèi)部合電場強(qiáng)度為零)。本課結(jié)束13、不幸就像石頭，弱者把看成絆腳石，強(qiáng)者把它當(dāng)成墊腳石。9、成功不是將來才有的，而是從決定去做的那一刻起，持續(xù)累積而成。20、不要為已消逝之年華嘆息，須正視欲匆匆溜走的時光。13、知識給人重量，成就給人光彩，大多數(shù)人只是看到了光彩，而不去稱量重量。3、堅(jiān)持，如果這世界上真有奇跡，那只有努力的另一個名字。8、如果有天我們湮沒在人潮中，庸碌一生，那是因?yàn)槲覀儧]有努力要活的豐盛。11、積極的人在每一次憂患中都看到一個機(jī)會，而消極的人則在每個機(jī)會都看到某種憂患。12、事業(yè)的成功沒有止境，它是一場無終點(diǎn)的追求。16、沒有什么是永遠(yuǎn)，也沒有什么會很久。找個借口，誰都可以先走。1