高中物理第一章第7节静电现象的应用课件新人教版选修3-1

1、第七节静电现象的应用第七节静电现象的应用 第一章第一章 静电场静电场学习目标学习目标1.知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态导体的知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态导体的特性特性.2.知道什么是静电屏蔽及其有关应用知道什么是静电屏蔽及其有关应用.3.知道导体上电荷的分配规律知道导体上电荷的分配规律.4.了解尖端放电现象了解尖端放电现象. 第一章第一章 静电场静电场一、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静电感应现象静电感应现象放在电场中的导体其内部自由电荷在放在电场中的导体其内部自由电荷在_作用下定作用下定向移动，而使导体两端出现向移动，而使导体两端出现_电

2、荷的现象电荷的现象2静电平衡状态静电平衡状态导体中导体中(包括表面包括表面) _不再发生定向移动，我们就不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态认为导体达到了静电平衡状态电场力电场力等量异号等量异号自由电子自由电子3静电平衡状态下导体的特点静电平衡状态下导体的特点(1)处于静电平衡状态的导体，内部的处于静电平衡状态的导体，内部的_处处为零处处为零(2)处于静电平衡状态的整个导体是一个处于静电平衡状态的整个导体是一个_，它的，它的表面是一个等势面表面是一个等势面(3)表面处的场强不为零，表面处的场强方向跟导体表面表面处的场强不为零，表面处的场强方向跟导体表面_4导体上电荷的分布导体上电

3、荷的分布(1)处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在_(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(单位面积的电荷单位面积的电荷量量)_，凹陷的位置，凹陷的位置_电荷电荷场强场强等势体等势体垂直垂直外表面上外表面上越大越大几乎无几乎无想一想想一想1.处于静电平衡状态的导体，内部场强为什么是处于静电平衡状态的导体，内部场强为什么是零？导体表面的电场沿什么方向？零？导体表面的电场沿什么方向？提示：提示：导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与原电场叠加

4、，使导体内部各点的合电场为零原电场叠加，使导体内部各点的合电场为零.,导体表面电场方导体表面电场方向与导体表面垂直向与导体表面垂直.二、尖端放电、静电屏蔽二、尖端放电、静电屏蔽1尖端放电尖端放电(1)尖端放电：空气被电离后所带电荷与导体尖端的电荷符号尖端放电：空气被电离后所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被相反的粒子，由于被_而奔向尖端，与尖端上的而奔向尖端，与尖端上的电荷电荷_，相当于导体从尖端，相当于导体从尖端_的现的现象象(2)应用和防止应用和防止应用：应用：_是利用尖端放电避免雷击的一种设施是利用尖端放电避免雷击的一种设施防止：高压设备中导体的防止：高压设备中导体的_会减少电

5、能的损会减少电能的损失失.吸引吸引中和中和失去电荷失去电荷避雷针避雷针表面尽量光滑表面尽量光滑2静电屏蔽静电屏蔽(1)定义：当金属外壳达到静电平衡时，内部定义：当金属外壳达到静电平衡时，内部_电场，电场，因而金属的因而金属的_会对其内部起会对其内部起_作用，作用，使它内部不受使它内部不受_影响的现象影响的现象(2)应用：电子仪器和电子设备外面都有应用：电子仪器和电子设备外面都有_，通信，通信电缆外面包有一层电缆外面包有一层_，高压线路的检修人员要穿，高压线路的检修人员要穿_等等,都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响没有没有外壳外壳屏蔽屏蔽外部电场外部电场金属

6、壳金属壳金属网金属网屏蔽服屏蔽服想一想想一想2.绝缘球壳能否起到屏蔽外电场的作用？绝缘球壳能否起到屏蔽外电场的作用？提示：提示：绝缘球壳中没有自由电荷，当放入外电场时，不会发绝缘球壳中没有自由电荷，当放入外电场时，不会发生静电感应现象，壳内场强也不会为零生静电感应现象，壳内场强也不会为零.即不能起到屏蔽外即不能起到屏蔽外电场的作用电场的作用.1静电平衡实质静电平衡实质(1)在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合场

7、强减小，随着感应电荷的继续增加，合场强方向相反，使合场强减小，随着感应电荷的继续增加，合场强逐渐减小，直至合场强为零，自由电荷的定向移动停止逐渐减小，直至合场强为零，自由电荷的定向移动停止(2)静电平衡的条件：导体内部的合场强为零，即静电平衡的条件：导体内部的合场强为零，即E合合0.对静电平衡的理解对静电平衡的理解2静电平衡状态下导体的特点静电平衡状态下导体的特点(1)导体内部某处感应电荷产生的场强导体内部某处感应电荷产生的场强E与周围原电场场强与周围原电场场强E大小相等，方向相反，两者相互抵消，导体内部处处合场强大小相等，方向相反，两者相互抵消，导体内部处处合场强E合合为零，但导体表面的电场

8、强度不为零为零，但导体表面的电场强度不为零(2)整个导体是一个等势体，导体表面是等势面，但电势不一整个导体是一个等势体，导体表面是等势面，但电势不一定为零定为零(3)电场线与导体表面垂直电场线与导体表面垂直特别提醒：特别提醒：一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，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，具有静电平衡的所有特点处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点 AB是长为是长为L的金属杆的金属杆,P1、P2是位于是位于AB所在直线上的所在直线上的两点，位置如图所示，在两点，位置如图所示，在P2点有一个带电量为点有一个带电量为Q的点电荷，的点电荷，试求出金属杆上的感应

9、电荷在试求出金属杆上的感应电荷在P1点产生的场强大小和方向点产生的场强大小和方向思路探究思路探究处于静电平衡的导体，内部场强是怎样的？处于静电平衡的导体，内部场强是怎样的？求处于静电平衡状态的导体感应电荷产生的场强的方法是：求处于静电平衡状态的导体感应电荷产生的场强的方法是：利用感应电荷产生的电场与外电场在导体内部的合场强为零利用感应电荷产生的电场与外电场在导体内部的合场强为零进行分析进行分析1. 一金属球，原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀一金属球，原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆带电的细杆MN，如图所示金属球上感应电荷产生的电场，如图所示金属球上感应电荷产生的电场在

10、球内直径上在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比，则三者相比，则()AEa最大最大 BEb最大最大CEc最大最大 DEaEbEcC解析：处于静电平衡的导体内部场强处处为零，故解析：处于静电平衡的导体内部场强处处为零，故a、b、c三点的场强都为零静电平衡在导体内部场强为零是感应电三点的场强都为零静电平衡在导体内部场强为零是感应电荷荷产生的电场与外电场叠加的结果，所以感应电荷在球内某点产生的电场与外电场叠加的结果，所以感应电荷在球内某点产生的电场的场强与产生的电场的场强与MN在这一点形成的电场的场强等大、反在这一点形成的电场的场强等大、反向比较向比

11、较a、b、c三点感应电场的场强，实质上是比较带电三点感应电场的场强，实质上是比较带电体体MN在这三点的场强由于在这三点的场强由于c点离点离MN最近，故最近，故MN在在c点的点的场强最大，感应电荷在场强最大，感应电荷在c点场强也最大故选点场强也最大故选C.1电荷分布特点电荷分布特点(1)净电荷都分布在导体的表面，导体内部没有净电荷净电荷都分布在导体的表面，导体内部没有净电荷(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，远同感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，远同近异近异(3)净电荷在导体表面分布不均匀，导体表面尖锐处电荷分净电荷在导体表面分布不均匀，导体表面尖锐处电荷分布密集，平滑处

12、电荷分布稀疏，凹陷处几乎没有电荷布密集，平滑处电荷分布稀疏，凹陷处几乎没有电荷静电平衡导体的电荷分布及分析方法静电平衡导体的电荷分布及分析方法2电荷分布的分析方法电荷分布的分析方法(1)“远近观远近观”法：处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较法：处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较近和较远的两端感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分近和较远的两端感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分因感应电荷较少，可认为无感应电荷产生，如图甲所示因感应电荷较少，可认为无感应电荷产生，如图甲所示(2)“整体观整体观”法：当两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或法：当两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就

13、可把它们看做是一个大导体，再用用导线连接时，就可把它们看做是一个大导体，再用“远近远近观观”判断它们的带电情况，如有些问题所提到的判断它们的带电情况，如有些问题所提到的“用手触摸用手触摸某导体某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体不要认为导体内部没有电荷，用导线连接带电体内部时，小不要认为导体内部没有电荷，用导线连接带电体内部时，小球球Q就不带电其实连接后就已成为一个整体，故小球通过就不带电其实连接后就已成为一个整体，故小球通过导线得到了电荷，如图乙所示导线得到了电荷，如图乙所示特别提醒：特别提醒：依据电场线和电势高低，判定导体中电荷受力和依据

14、电场线和电势高低，判定导体中电荷受力和移动方向，进一步求解静电平衡问题，有时会起到事半功倍移动方向，进一步求解静电平衡问题，有时会起到事半功倍之效之效 如图所示如图所示,接地的金属板右侧有固定的点电荷接地的金属板右侧有固定的点电荷Q，a、b点是金属板右侧表面的两点，其中点是金属板右侧表面的两点，其中a到到Q的距离较小下列的距离较小下列说法正确的是说法正确的是( )A由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电B由于静电感应，金属板右侧表面带负电，由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面不带电左侧表面不带电C整个导体，包括表面上的整个导

15、体，包括表面上的a、b点，点，是一个等势体，且电势等于零是一个等势体，且电势等于零Da、b两点的电场强度不为零，且两点的电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同，两点场强方向相同，但但a点的场强比点的场强比b点的场强要强点的场强要强(大大)一些一些思路探究思路探究当导体接地时，远端是否发生变化？当导体接地时，远端是否发生变化？BCD解析解析金属板若不接地，右侧表面将有感应的负电荷，左侧金属板若不接地，右侧表面将有感应的负电荷，左侧表面将有感应的等量正电荷；现金属板接地，正电荷通过接地表面将有感应的等量正电荷；现金属板接地，正电荷通过接地导线移向大地，静电平衡时左侧表面不带电，整个金属板的电导线

16、移向大地，静电平衡时左侧表面不带电，整个金属板的电势都为零，所以选项势都为零，所以选项A错误，选项错误，选项B、C正确金属板接地时，正确金属板接地时，右侧表面上仍有感应负电荷，而且右侧表面上仍有感应负电荷，而且a点附近的电荷面密度点附近的电荷面密度(单位单位表面积的电荷量表面积的电荷量)比比b点附近的电荷面密度要大些，场强要强点附近的电荷面密度要大些，场强要强(大大)些，电场线也密一些；整个金属板是等势体，右侧表面是些，电场线也密一些；整个金属板是等势体，右侧表面是等势面，电场线与等势面垂直，可见等势面，电场线与等势面垂直，可见a、b两点的场强方向都垂两点的场强方向都垂直指向右侧面，方向相同，

17、所以选项直指向右侧面，方向相同，所以选项D也正确故选也正确故选BCD.(1)人和大地都是导体，人和导体接触或大地和导体接触时，人和大地都是导体，人和导体接触或大地和导体接触时，它们组成一个整体，作为一个新导体达到静电平衡，大地变为它们组成一个整体，作为一个新导体达到静电平衡，大地变为新导体的远端新导体的远端(2)处于静电平衡的导体，内部场强为零，但电势不一定为零处于静电平衡的导体，内部场强为零，但电势不一定为零.2. 一个带绝缘底座的空心金属球一个带绝缘底座的空心金属球A带有带有4108 C的正电荷，的正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球B带有带有2

18、108 C的的负电荷，使负电荷，使B球和球和A球内壁接触，如图所示，则球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷带电荷量分别为量分别为()AQA108 C，QB108 CBQA2108 C，QB0CQA0，QB2108 CDQA4108 C，QB2108 C解析解析:A、B两带电小球接触中和后净电荷只分布在外表面上两带电小球接触中和后净电荷只分布在外表面上,故故B项正确故选项正确故选B.B1静电屏蔽实质静电屏蔽实质静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场荷的电场和外加电场矢量和为零，好像

19、是金属壳将外电场“挡挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零而已存，矢量和为零而已2两种情况两种情况(1)导体内空腔不受外界影响，如图甲所示：导体内空腔不受外界影响，如图甲所示：(2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示：接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示：静电屏蔽现象的实质静电屏蔽现象的实质3实现过程实现过程(1)如图甲，因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷如图甲，因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零在空腔内的合场强为零,达到静电平衡状态，对内实现了屏蔽达到静电平衡状态

20、，对内实现了屏蔽.(2)如图乙，当金属壳接地时，外表面的感应电荷传给地球，外如图乙，当金属壳接地时，外表面的感应电荷传给地球，外部电场消失，对外起到屏蔽作用部电场消失，对外起到屏蔽作用因此，静电屏蔽现象的实质是静电感应现象和静电平衡状态因此，静电屏蔽现象的实质是静电感应现象和静电平衡状态特别提醒：特别提醒：(1)分析静电屏蔽问题时首先要分清外壳是否接地分析静电屏蔽问题时首先要分清外壳是否接地.(2)实际应用中金属外壳不必严格完全封闭，用金属网罩代替金实际应用中金属外壳不必严格完全封闭，用金属网罩代替金属壳体也能起到屏蔽作用属壳体也能起到屏蔽作用 (2014天津一中高二检测天津一中高二检测)如图

21、所示，一个不带电的导如图所示，一个不带电的导体球体球N，置于空心导体球，置于空心导体球M附近，现将另一个带电荷量为附近，现将另一个带电荷量为Q的的金属球放于空腔导体金属球放于空腔导体M内，则内，则( )A若若M接地，接地，N上无感应电荷上无感应电荷B若若M不接地，且不接地，且M原来不带电，原来不带电，N上无感应电荷上无感应电荷C若若M不接地，且不接地，且M原来不带电，原来不带电，N上有感应电荷上有感应电荷D若若M不接地，且不接地，且M原来带电，原来带电，N上一定有感应电荷上一定有感应电荷AC思路探究思路探究导体球导体球M处于静电平衡时，处于静电平衡时，M外侧是否有净电外侧是否有净电荷？荷？M外

22、部是否有电场？外部是否有电场？解析解析若若M接地，空心导体球接地，空心导体球M外没有电场，外没有电场，N上无感应电上无感应电荷，荷，A正确，若正确，若M不接地，且不接地，且M原来不带电，则空心球原来不带电，则空心球M外有外有电场，电场，N上有感应电荷，上有感应电荷，B错误，错误，C正确若正确若M不接地，且不接地，且M原来带电，由于原来带电，由于Q的放入，可能使空腔电荷集聚于内表面，的放入，可能使空腔电荷集聚于内表面，则则N上可能有感应电荷，也可能没有感应电荷，上可能有感应电荷，也可能没有感应电荷，D错误错误空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场，其空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可

23、以屏蔽内部的电场，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场，还是合电场作用的结果注意分清是哪一部分电场，还是合电场作用的结果3. (2014福建三明一中高二检测福建三明一中高二检测)如图所示，将悬在绝缘细如图所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球线上带正电的小球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(与内壁与内壁不不接触接触)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，对于最后的匀强电场，对于最后的结果，下列判断正确的是的结果，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不偏左也不偏右不偏左也不偏右CB的左端