《静电现象的应用》(课堂PPT)

1、1第7节：静电现象的应用2一、静电感应一、静电感应静电平衡状态下导体的电场静电平衡状态下导体的电场3-0E二二.静电平衡静电平衡-1 1、导体中自由电荷、导体中自由电荷在电场力作用下将发在电场力作用下将发生定向移动生定向移动. .EEE2 2、 导体两端出现感应导体两端出现感应电荷电荷, ,感应电荷在导体中感应电荷在导体中中产生反方向的附加场中产生反方向的附加场. .40E -E -3 3、感应电荷的电场增到、感应电荷的电场增到与外电场相等时，导体内与外电场相等时，导体内合场强为零。自由电荷的合场强为零。自由电荷的定向移动停止定向移动停止 . .0E -E=04 4、静电平衡：导体、静电平衡：

2、导体中无电荷定向移动中无电荷定向移动的状态的状态, ,就叫静电平就叫静电平衡状态衡状态. .5 静电平衡静电平衡 发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场加电场E和原电场和原电场E在导体内叠加为零，即在导体内叠加为零，即E=E时，自由电子停止定向移动，这时导体所处时，自由电子停止定向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。的状态叫静电平衡状态。EEEE合=06三、处于静电平衡状态导体的特点：三、处于静电平衡状态导体的特点：（1 1）导体内部的场强处处为零）导体内部的场强处处为零（2 2）整个导体是一个等势）整个导体是一个等势体，表面是一个等势面体，表面

3、是一个等势面（3 3）导体外部电场线与导体表面垂直）导体外部电场线与导体表面垂直+-E注意：注意：地球是一个极大地球是一个极大的导体，可以认为处于的导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它静电平衡状态，所以它是一个等势体。这是我是一个等势体。这是我们可以选大地做零电势们可以选大地做零电势体的一个原因。体的一个原因。71.1.长为长为L L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q+q的点电荷放在与棒的左端距离为的点电荷放在与棒的左端距离为R R的地方，如图的地方，如图所示。达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内所示。达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点中点O O处

4、产生的场强有多大？方向如何？处产生的场强有多大？方向如何？ RLO O+q答：答：达到静电平衡后导体内部处处场强为零达到静电平衡后导体内部处处场强为零则则 E感感E源源k(R+L/2)2E感方向与感方向与E源方向相反，即指向点电荷源方向相反，即指向点电荷+q.q82 2. .带电量分别为带电量分别为+Q+Q和和-Q-Q的两个点电荷相距为的两个点电荷相距为r r，在两，在两点电荷之间放入一个不带电的导体棒，如图所示，当点电荷之间放入一个不带电的导体棒，如图所示，当导体达到静电平衡后，感应电荷在两点电荷连线中点导体达到静电平衡后，感应电荷在两点电荷连线中点O O处产生的场强大小为多大？方向怎样？处

5、产生的场强大小为多大？方向怎样？+Q-QOEEE 2212221rQ8kEEErQ4k)2r(QkE解:E方向水平向左方向水平向左9导体上电荷的分布导体上电荷的分布10法拉第圆筒实验:12和内壁接触的小球和内壁接触的小球不能使验电器箔片不能使验电器箔片张开张开, ,表明金属筒表明金属筒内壁没有电荷分布内壁没有电荷分布. .1211研究静电平衡时导体内部的电荷研究静电平衡时导体内部的电荷u结论结论: :导体内部没有电荷导体内部没有电荷, ,电荷分布在导体的外表面电荷分布在导体的外表面导体表面越尖锐的位置电荷越密集导体表面越尖锐的位置电荷越密集, ,凹陷的位凹陷的位置几乎没有电荷置几乎没有电荷法拉

6、第圆筒法拉第圆筒 实验实验12静电平衡时导体上电荷的分布的特点静电平衡时导体上电荷的分布的特点（1 1）导体内部没有电荷，电荷只分布在）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面导体的外表面（2 2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷）在导体表面，越尖锐的位置，电荷密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷的位置几乎没有电荷13均匀球形导体均匀球形导体14导体尖端的电荷密度很大，附近的电场导体尖端的电荷密度很大，附近的电场特别强，它会导致一个重要的后果，就是尖端特别强，它会导致一个重要的后果，就是尖端放电。放电。在强电场作用下，物体曲率大的地方在强电场作

7、用下，物体曲率大的地方( (如如尖锐、细小的顶端，弯曲很厉害处尖锐、细小的顶端，弯曲很厉害处) )附近，等电附近，等电势面密，电场强度剧增，致使这里空气被电离势面密，电场强度剧增，致使这里空气被电离而产生气体放电现象，称为电晕放电而尖端而产生气体放电现象，称为电晕放电而尖端放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象离而产生气体放电的现象尖端放电尖端放电什么是尖端放电？什么是尖端放电？15 在导体尖端附近放一根点燃的蜡烛当在导体尖端附近放一根点燃的蜡烛当我们不断给导体充电的时候，火焰就好我们不断给导体充电的时候，火焰就好像被风吹动一样朝

8、背离尖端的方向偏移。像被风吹动一样朝背离尖端的方向偏移。16 导体尖端电荷密度大导体尖端电荷密度大 尖端周围电场强尖端周围电场强 空气中残留带电粒子剧烈运动空气中残留带电粒子剧烈运动 分子中正负电荷分开分子中正负电荷分开 正负电荷奔向异种电荷正负电荷奔向异种电荷 相当于尖端失去电荷相当于尖端失去电荷 尖端放电尖端放电尖端放电尖端放电17思考思考1 1：尖端放电在生活中有哪些应用？：尖端放电在生活中有哪些应用？避雷针避雷针燃气灶和燃气热水器的电子点火装置燃气灶和燃气热水器的电子点火装置针针尖尖形形状状18思考思考2 2：验电器或静电计金属杆上端为什么固：验电器或静电计金属杆上端为什么固定一个金属

9、球而不做成针尖形状？定一个金属球而不做成针尖形状？19避雷针避雷针避雷针避雷针是利用是利用尖端放电尖端放电避免雷击的一避免雷击的一种设施。种设施。 它是一个或几个尖锐的金属棒它是一个或几个尖锐的金属棒,安装在安装在建筑物的顶端建筑物的顶端,用粗导线与埋在地下的金用粗导线与埋在地下的金属板连接属板连接,保持与大地的良好接触保持与大地的良好接触.202122+思考思考:用金属网罩将验电器罩住用金属网罩将验电器罩住,会怎样呢会怎样呢? 23+思考思考: :用用金属网罩金属网罩将验电器罩住将验电器罩住, ,会怎样呢会怎样呢? ?2425-+ 思考思考: :空心导体壳内的验电器箔片不会张开，空心导体壳内

10、的验电器箔片不会张开，为什么为什么? ?静电屏蔽静电屏蔽: :静电平衡时静电平衡时, ,空心导体壳可保护其空心导体壳可保护其 内部区域不受外电场影响内部区域不受外电场影响 的现象的现象. . 因为导体壳内部因为导体壳内部合场强为零合场强为零. .26静电屏蔽静电屏蔽由于静电感应，可使金属由于静电感应，可使金属网罩或金属壳内的场强为网罩或金属壳内的场强为零，相当于遮挡了外界电零，相当于遮挡了外界电场对它内部的影响，这种场对它内部的影响，这种现象叫做现象叫做静电屏蔽静电屏蔽。什么是静电屏蔽？27 1 1静电屏蔽静电屏蔽 （1 1）空腔导体的特点）空腔导体的特点空腔导体能把外电场挡住，空腔内没空腔导

11、体能把外电场挡住，空腔内没有电场，空腔内不受外电场的影响。有电场，空腔内不受外电场的影响。 （2 2）静电屏蔽）静电屏蔽导体壳（金属网罩）能保护它所包围导体壳（金属网罩）能保护它所包围的区域，使这个区域不受外电场的影响，的区域，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。这种现象叫做静电屏蔽。2829电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层铅皮等。电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层铅皮等。30超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包含金属丝的织物制成的。含金属丝的织物制成的。31 两位英国科学家08年在伦敦进行一次危险的电力学表演。其中一名科学家

12、将把另一位科学家关进一个铁笼子里，然后用数百万伏特的电流对其进行电击。 鉴于表演的危险性，两名科学家事先都买好了价值1200万英镑的保险。 3233本节主要学了以下几个问题：本节主要学了以下几个问题： 1 1静电平衡状态下导体的电场静电平衡状态下导体的电场 学习了静电平衡、静电平衡状态的概念，知道静电学习了静电平衡、静电平衡状态的概念，知道静电平衡的条件是导体内部的场强处处为零。学习了静电平衡的条件是导体内部的场强处处为零。学习了静电平衡导体的特点平衡导体的特点 2 2导体上电荷的分布导体上电荷的分布 （1 1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表

13、面。面。 （2 2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大。）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大。 3 3尖端放电尖端放电 了解了尖端放电现象及其应用。了解了尖端放电现象及其应用。 4 4静电屏蔽静电屏蔽 了解了静电屏蔽现象及其应用。了解了静电屏蔽现象及其应用。34静电现象的应用静电现象的应用例例1、在一个原来不带电的金属导体壳的球心处放一带正电的带电体，在一个原来不带电的金属导体壳的球心处放一带正电的带电体，A、B分分别是球壳内、外的两点，别是球壳内、外的两点，C是金属内部一点，其电场分布是是金属内部一点，其电场分布是( )EA0，EB0，EC0EA0，EB 0，EC0EA 0，EB

14、 0，EC0EA0，EB 0，EC 0B例例2、AB是两个架在绝缘支座上的金属球，原来都不带电，中间用导线连接，是两个架在绝缘支座上的金属球，原来都不带电，中间用导线连接，现用一个带正电的小球现用一个带正电的小球C靠近靠近B球，用手摸一下球，用手摸一下B球，然后撤去导线，再拿走小球，然后撤去导线，再拿走小球球C，那么，那么( )以上三种说法都不对以上三种说法都不对A球带正电，球带正电，B球带负电球带负电A球带正电，球带正电，B球不带电球不带电A球不带电，球不带电，B球带负电球带负电AABC+35静电现象的应用静电现象的应用例例3、将悬在细线上的带正电的小球将悬在细线上的带正电的小球A放在不带电

15、的金属空心球放在不带电的金属空心球C内内(不和球壁接不和球壁接触触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向向C靠近，则靠近，则( )A往左偏离竖直方向，往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向往右偏离竖直方向A的位置不变，的位置不变，B往右偏离竖直方向往右偏离竖直方向A和和B的位置都不变的位置都不变A往左偏离竖直方向，往左偏离竖直方向，B的位置不变的位置不变B例例4、一个带有绝缘座的空心金属球一个带有绝缘座的空心金属球A带有带有410-8C的正电荷，有绝缘金属小球的正电荷，有绝缘金属小球B带有带有210-8C的负电荷，使的负电荷，使B球与球与A球的内部接触后，

16、将球的内部接触后，将B球取出，则球取出，则A、B球各球各带电量为带电量为( )QA410-8C，QB210-8CQA10-8C，QB10-8CQA210-8C，QB0CQA0C，QB210-8CBABC36 1 1、请用学过的电学知识判断下列说法正确的是请用学过的电学知识判断下列说法正确的是（）（）A. A. 电工穿绝缘衣比穿金属衣安全电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B. B. 制作汽油桶的材料用金属比用塑料好制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C. C. 小鸟停在单根高压输电线上会被电死小鸟停在单根高压输电线上会被电死D. D. 打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险

17、B372 2关于静电平衡，下列说法中正确的是关于静电平衡，下列说法中正确的是( ( ) ) A A当导体达到静电平衡时，导体上任意两当导体达到静电平衡时，导体上任意两点间的电势一定相等点间的电势一定相等 B B当导体达到静电平衡时，其外表面附近的当导体达到静电平衡时，其外表面附近的电场方向一定与导体的表面垂直电场方向一定与导体的表面垂直 C C绝缘体也有静电平衡状态绝缘体也有静电平衡状态 D D达到静电平衡时，电荷分布在导体的外表达到静电平衡时，电荷分布在导体的外表面面ABD383 3在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器器A A和一个带正电荷的空腔导体和一个带

18、正电荷的空腔导体B B，下列实，下列实验方法中能使验电器箔片张开的是验方法中能使验电器箔片张开的是 ( ) ( )A A用取电棒用取电棒( (带绝缘柄的导体棒带绝缘柄的导体棒) )先跟先跟B B的的内壁接触一下后再跟内壁接触一下后再跟A A接触接触B B用取电棒先跟用取电棒先跟B B的外壁接触一下后再跟的外壁接触一下后再跟A A接触接触C C用绝缘导线把验电器跟取电棒的导体部用绝缘导线把验电器跟取电棒的导体部分相连，再把取电棒与分相连，再把取电棒与B B的内壁接触的内壁接触D D使验电器使验电器A A靠近靠近B BBCD394 4一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个不带电的空心金属球，在

19、它的球心处放一个正点荷。图中的哪一个能正确表示其电场分一个正点荷。图中的哪一个能正确表示其电场分布的情况布的情况 ( ) ( )B405 5、把原来不带电的金属球壳、把原来不带电的金属球壳B B的外表面接地，将的外表面接地，将一个带正电的小球一个带正电的小球A A从小孔中放入球壳内，但不从小孔中放入球壳内，但不与与B B发生接触，达到静电平衡后，则（）发生接触，达到静电平衡后，则（） A. A. 球壳球壳B B的空腔中场强处处为零。的空腔中场强处处为零。B. B. 球壳球壳B B不带电。不带电。C. C. 球壳球壳B B的内，外表面电势相等。的内，外表面电势相等。D. D. 球壳球壳B B的电势为零。的电