物理：1.7 静电现象的应用 课件(人教版选修3-1)

1、第七节静电现象的应用第七节静电现象的应用 课标定位课标定位 学习目标：学习目标：1.知道静电平衡现象，理解处于静知道静电平衡现象，理解处于静 电平衡状态的导体的特点电平衡状态的导体的特点 2通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷 的分布特点的分布特点 重点难点：尖端放电和静电屏蔽的原因及在实重点难点：尖端放电和静电屏蔽的原因及在实 际中的应用际中的应用 一、静电平衡状态下导体的电场一、静电平衡状态下导体的电场 1静电平衡状态静电平衡状态 导体内的自由电子不再发生导体内的自由电子不再发生_的状态，叫的状态，叫 做静电平衡状态做静电平衡状态 2静电平衡特点静电平衡

2、特点 (1)处于静电平衡状态的导体，内部场强处于静电平衡状态的导体，内部场强_； (2)处于静电平衡状态的整个导体是个处于静电平衡状态的整个导体是个_，它，它 的表面是个的表面是个_ 定向移动定向移动 处处为零处处为零 等势体等势体 等势面等势面 思考感悟思考感悟 1一导体处于静电平衡状态，导体外部有一电一导体处于静电平衡状态，导体外部有一电 荷，它对导体内部某点产生的场强为零吗？荷，它对导体内部某点产生的场强为零吗？ 提示：提示：不为零在某点产生的场强与没有导体在不为零在某点产生的场强与没有导体在 该点产生的场强一样该点产生的场强一样 二、导体上电荷的分布二、导体上电荷的分布 1导体内部没有

3、电荷，电荷只分布在导体的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的 _ 2在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度 _，凹陷的位置几乎，凹陷的位置几乎_ 思考感悟思考感悟 2导体表面电荷一定均匀分布吗？什么样导体导体表面电荷一定均匀分布吗？什么样导体 表面电荷均匀分布？表面电荷均匀分布？ 提示：提示：不一定球形导体不一定球形导体 外表面外表面 越大越大没有电荷没有电荷 三、尖端放电三、尖端放电 1电离现象：空气中的气体分子在带电粒子的电离现象：空气中的气体分子在带电粒子的 高速撞击下，分子中正负电荷高速撞击下，分子中正负电荷_的现象的现象 2尖端放电：导体尖端的电荷吸

4、引空气中与它尖端放电：导体尖端的电荷吸引空气中与它 符号相反的电荷，尖端上的电荷被符号相反的电荷，尖端上的电荷被_而失去而失去 电荷，这个现象叫做尖端放电电荷，这个现象叫做尖端放电 四、静电屏蔽四、静电屏蔽 处在电场中的空腔导体，由于内表面处在电场中的空腔导体，由于内表面_， 所以空腔内所以空腔内_，这种现象叫做静电屏，这种现象叫做静电屏 蔽蔽 分离分离 中和中和 没有电荷没有电荷 没有电场没有电场 一、静电平衡导体的电荷分布特点一、静电平衡导体的电荷分布特点 1内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，内外表面分布不同，电荷都分布在外表面， 导体内部没有电荷导体内部没有电荷 2受导体的形状影响，

5、不光滑处电荷密度大受导体的形状影响，不光滑处电荷密度大 3“远近端远近端”电荷的电性相反，电量相等电荷的电性相反，电量相等 (1)如图如图171所示，处于静电平衡状态的导体，所示，处于静电平衡状态的导体， 离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异 种电荷，即种电荷，即“远同近异远同近异” 图图171 (2)如图如图172所示，当把两个或多个原来彼此所示，当把两个或多个原来彼此 绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看 作是一个大导体，有些问题中所提到的作是一个大导体，有些问题中所提到的“用手接用手接 触某导

6、体触某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一其实就是导体通过人体与大地构成一 个大导体个大导体 图图172 特别提醒：特别提醒：一个孤立的带电体，在自身所带电荷一个孤立的带电体，在自身所带电荷 的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的 所有特点人与大地都是导体，在人摸所有特点人与大地都是导体，在人摸(触触)导体导体 的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体， 地球往往是新导体的远端地球往往是新导体的远端 即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀) 1如图如图173所示，带电体所示，带电体Q靠近一

7、个接地空靠近一个接地空 腔导体，空腔里面无电荷在静电平衡后，下列腔导体，空腔里面无电荷在静电平衡后，下列 物理量中等于零的是物理量中等于零的是() A导体腔内任意点的场强导体腔内任意点的场强 B导体腔内任意点的电势导体腔内任意点的电势 C导体外表面的电荷量导体外表面的电荷量 D导体空腔内表面的电荷量导体空腔内表面的电荷量 图图173 解析：解析：选选ABD.静电平衡状态下的导体内部场强静电平衡状态下的导体内部场强 为零，且内表面不带电，故为零，且内表面不带电，故A、D正确；由于导正确；由于导 体接地，故整个导体的电势为零，体接地，故整个导体的电势为零，B正确正确 二、静电平衡和静电屏蔽实质分析

8、二、静电平衡和静电屏蔽实质分析 1静电平衡静电平衡 (1)特点特点 导体内部场强处处为零导体内部场强处处为零 整个导体是个等势体，它的表面是个等势面整个导体是个等势体，它的表面是个等势面 (2)实质实质 导体发生了静电感应现象，感应电荷在导体内导体发生了静电感应现象，感应电荷在导体内 部产生一个附加电场部产生一个附加电场E，跟外加电场，跟外加电场E反向，使反向，使 自由电荷同时又受到自由电荷同时又受到FEq的电场力，随着导体的电场力，随着导体 两端的感应电荷不断积累，两端的感应电荷不断积累，E逐渐增大，当逐渐增大，当E E时，导体内合场强为零，自由电荷所受合力为时，导体内合场强为零，自由电荷所

9、受合力为 零，这时导体中无自由电荷定向移动，即导体达零，这时导体中无自由电荷定向移动，即导体达 到了静电平衡状态到了静电平衡状态 当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状 发生变化时，原来的发生变化时，原来的静电平衡状态被打破，电静电平衡状态被打破，电 荷继续移动，直到再次达到平衡，因此静电平衡荷继续移动，直到再次达到平衡，因此静电平衡 也是一个动态的平衡也是一个动态的平衡 2静电屏蔽实质：实质是利用了静电感应现象，静电屏蔽实质：实质是利用了静电感应现象， 使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场矢量和使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场矢量和 为零，好像是

10、金属壳将外电场为零，好像是金属壳将外电场“挡挡”在外面，即所在外面，即所 谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量 和为零而已和为零而已 特别提醒：特别提醒：静电屏蔽有两种情况：静电屏蔽有两种情况： (1)导体的外电场影响不到导体的内部，即外电场导体的外电场影响不到导体的内部，即外电场 与导体表面的感应电荷在导体内部任一点场强的与导体表面的感应电荷在导体内部任一点场强的 叠加结果为零叠加结果为零 (2)接地导体的内部电场影响不到导体外部，是因接地导体的内部电场影响不到导体外部，是因 为导体外部的感应电荷都被排斥入地，使感应电为导体外部的感应电荷都被排

11、斥入地，使感应电 荷与内壁的感应异种电荷在导体外部任一点场强荷与内壁的感应异种电荷在导体外部任一点场强 的叠加结果为零的叠加结果为零 即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀) 2.由图由图174所示，将悬在绝缘细线上带正电的所示，将悬在绝缘细线上带正电的 小球小球A放在不带电的金属空心球壳放在不带电的金属空心球壳B内内(与内壁不与内壁不 接触接触)外加一个水平向右的场强为外加一个水平向右的场强为E的匀强电场，的匀强电场， 对于最后的结果，下列判断正确的是对于最后的结果，下列判断正确的是() AB的右端带正电，的右端带正电，A向左偏向左偏 BB的右端带正电，的右端带正电，A不偏左

12、也不偏右不偏左也不偏右 CB的左端带正电，的左端带正电，A向右偏向右偏 DB的左端带负电，的左端带负电，A不偏左也不偏右不偏左也不偏右 图图174 解析：解析：选选BD.导体空腔处于外电场中时，由于导体空腔处于外电场中时，由于 静电感应的作用，导体球壳的左端将感应出负静电感应的作用，导体球壳的左端将感应出负 电荷，右端将感应出正电荷，而导体空腔内部电荷，右端将感应出正电荷，而导体空腔内部 完全不受外加电场的影响故完全不受外加电场的影响故A不会偏转，故不会偏转，故A、 C错误，错误，B、D正确正确 课堂互动讲练课堂互动讲练 静电平衡特点的应用静电平衡特点的应用 如图如图175所示，长为所示，长为

13、L的金属杆原来不的金属杆原来不 带电，在距其左端带电，在距其左端r处放一个电荷量为处放一个电荷量为q的点电的点电 荷问：荷问： (1)金属杆中点处的场强为多少？金属杆中点处的场强为多少？ (2)金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的场强为金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的场强为 多大？多大？ 图图175 【思路点拨思路点拨】内部场强处处为零，因为是内部场强处处为零，因为是 两个电场的叠加。两个电场的叠加。 【题后反思】【题后反思】感应电荷的电荷量不是已知，感应电荷的电荷量不是已知， 故不能直接求出感应电荷在某点的场强故不能直接求出感应电荷在某点的场强 变式训练变式训练如图如图176所示，在真空中把

14、一绝缘所示，在真空中把一绝缘 导体导体AB向带负电的小球向带负电的小球P缓慢地靠近缓慢地靠近(不接触，且不接触，且 未发生放电现象未发生放电现象)时，下列说法中正确的是时，下列说法中正确的是() AB端的感应电荷越来越多端的感应电荷越来越多 B导体内部场强越来越大导体内部场强越来越大 C导体的感应电荷在导体的感应电荷在M点产生点产生 的场强大于在的场强大于在N点产生的场强点产生的场强 D导体的感应电荷在导体的感应电荷在M、N两两 点产生的场强相等点产生的场强相等 图图176 解析：解析：选选AC.由于导体由于导体AB缓慢移动，所以导体缓慢移动，所以导体 AB内部可以认为始终处于静电平衡状态，导

15、体内部可以认为始终处于静电平衡状态，导体 内部场强始终为零，内部场强始终为零，B错误；由于错误；由于AB距距P越来越越来越 近，所以近，所以A、B两端积累的电荷会越来越多，两端积累的电荷会越来越多，A正正 确；确；M点距小球点距小球P的距离比的距离比N点要近，带负电小点要近，带负电小 球球P在在M点产生的场强大于在点产生的场强大于在N点产生的场强，点产生的场强， 而导体内部的合场强处处为零，那么导体上的感而导体内部的合场强处处为零，那么导体上的感 应电荷在应电荷在M点产生的场强就大于在点产生的场强就大于在N点产生的场点产生的场 强，故强，故C正确，正确，D错误错误 如图如图177所示，将悬挂在

16、细线上的带所示，将悬挂在细线上的带 正电荷的小球正电荷的小球A放在不带电的金属空心球放在不带电的金属空心球C内内(不不 与内壁接触与内壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电，另有一个悬挂在细线上的带负电 的小球的小球B，向，向C球靠近，则球靠近，则() 静电屏蔽现象的分析静电屏蔽现象的分析 图图177 AA向左偏离竖直方向，向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向向右偏离竖直方向 BA的位置不变，的位置不变，B向右偏离竖直方向向右偏离竖直方向 CA向左偏离竖直方向，向左偏离竖直方向，B的位置不变的位置不变 DA、B的位置都不变的位置都不变 【思路点拨思路点拨】小球小球A在金属球壳内，由于静在金属球壳内，由于静 电屏蔽的作用，不会受到外电场的影响，金属电屏蔽的作用，不会受到外电场的影响，金属 球壳球壳C因静电感应，外表面是带电的，对因静电感应，外表面是带电的，对B有力有力 的作用的作用 【自主解答自主解答】金属球壳金属球壳C能屏蔽外部的电场，能屏蔽外部的电场， 外部的电场不能深入内部，因此小球外部的电场不能深入内部，因此小球A不会受到不会受到 电场力的作用，不会发生偏转；金属球壳电场力的作用，不会发生偏转；金属球壳C处在处在 电荷电荷A的电场中，内壁是近端，感应异号电荷带的电场中，内壁是近端，感应异号电荷带 负电，外壁是远端，感应同号电荷带正电，正的负电