物理选修31人教全程导学笔记课件第一章静电场7

7静电现象的应用第一章

静电场[学习目标]1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡产生的条件.2.掌握静电平衡状态下的导体特点.3.了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用．内容索引自主预习预习新知夯实基础重点探究启迪思维探究重点达标检测检测评价达标过关自主预习一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布1.静电平衡状态：导体中(包括表面上)没有电荷

的状态.2.静电平衡状态的特征：(1)处于静电平衡状态的导体，内部的电场

.(2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面

.(3)处于静电平衡状态的整个导体是个

，导体的表面为

.定向移动处处为0垂直等势体等势面3.导体上电荷的分布(1)导体

没有电荷，电荷只分布在导体的

.(2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)

，

的位置几乎没有电荷.内部越大远离表面二、尖端放电和静电屏蔽1.空气的电离：导体尖端电荷

很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在

的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使分子中的正负电荷

的现象.2.尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被_____而奔向尖端，与尖端上的电荷

，相当于导体从尖端

的现象.尖端放电的应用与防止：(1)应用：

是利用尖端放电避免雷击的一种设施.(2)防止：高压设备中导体的表面尽量

会减少电能的损失.密度分离吸引中和失去电荷避雷针光滑强电场3.静电屏蔽：金属壳或金属网的空腔内不受外界电场的影响，壳(网)内电场强度保持为

，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响，金属壳(网)的这种作用叫做

.静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连.0静电屏蔽答案[即学即用]判断下列说法的正误.(1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零.(

)(2)处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0.(

)(3)静电平衡时，导体内的自由电子处于静止状态.(

)(4)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地.(

)(5)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开.(

)(6)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内场强为零.(

)√√×××√重点探究[导学探究]如图1所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体两端出现等量异号电荷.请思考下列问题：(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？一、静电平衡状态下的导体答案自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着与电场相反的方向定向移动.答案图1(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？答案不能.感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止.[知识深化]

1.处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场E0和感应电荷产生的电场E′的合场强为0，即E0＝－E′.2.孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合场强为0.3.处于静电平衡的导体是等势体，表面是等势面，所以导体表面附近的电场线应与导体表面垂直.例1长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为＋q的点电荷放在距棒左端R处，如图2所示.当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于__________，方向为______.答案解析向左图2解析导体棒在点电荷＋q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任何一点都受两个电场的影响，即外电场：＋q在该点形成的电场E0；附加电场：棒上感应电荷在该点形成的电场E′，达到静电平衡状态时E′＝－E0.题中所求的即为E′，于是我们通过上述等式转化为求E0.负号代表E′和E0方向相反，即方向向左.求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法是：(1)先求出外电场场强E外的大小和方向.(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0.(3)由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向.方法总结针对训练1

(多选)如图3所示，带负电的点电荷旁有一接地大金属板，A为金属板内的一点，B为金属板左侧外表面上的一点，下列关于金属板上感应电荷在A点和B点的场强方向判断正确的是

A.感应电荷在A点的场强沿E1方向B.感应电荷在A点的场强沿E2方向C.感应电荷在B点的场强可能沿E3方向D.感应电荷在B点的场强可能沿E4方向图3√答案解析√解析金属板内的电场强度处处为0，则感应电荷的电场与点电荷的电场等大反向，即感应电荷在A点的场强沿E2方向，选项B正确，A错误；金属板表面的电场强度垂直表面向外，即为感应电荷的电场与点电荷的电场的合场强，则感应电荷在B点的场强可能沿E3方向，选项C正确，D错误.静电平衡时，导体上的电荷分布有：(1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷.(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图4甲所示.(3)净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示.二、导体上电荷的分布甲乙图4例2如图5所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并接触，其结果可能是

A.只有球壳外表面带正电B.球壳的内表面带负电，外表面带正电C.球壳的内、外表面都带正电D.球壳的内表面带正电，外表面带负电图5√答案解析解析小球与球壳接触构成一个新导体，它的电荷量都分布在新导体的外表面，即只有球壳外表面带正电，A对，B、C、D错.针对训练2

(多选)如图6所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B.下列实验方法中能使验电器箔片张开的是

A.用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接

触一下后再跟A接触B.用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触C.用绝缘导线把验电器A跟取电棒C的导体部分

相连，再把取电棒C与B的内壁接触D.使验电器A靠近B图6√答案解析图6√√解析A项中取电棒先和B的内壁接触后，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开；B项中可以使取电棒带电，从而使A带电；C项中用绝缘导线实际上是将验电器A和B连成了一个导体，A因接触而带电；D项中是感应起电.所以B、C、D项正确.[导学探究]

(1)避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？三、尖端放电静电屏蔽答案导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使分子中的正、负电荷分离.这个现象叫做空气的电离.中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子.这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子.那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷.答案(2)处于静电平衡状态的导体，其内部场强处处为零，若导体是空心的，则空心部分的场强怎样？静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的？答案空心部分场强为零.静电屏蔽是利用“处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零”，即使内部有自由电子，受到的电场力也为0，自由电子不发生定向移动.答案[知识深化]1.静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零.2.静电屏蔽的两种情况

导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部图示实现过程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，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体例3如图7所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入金属壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡状态后，则

A.B的空腔内电场强度为零B.B不带电C.B的外表面带正电D.B的内表面带负电√答案解析图7解析因为金属壳的外表面接地，所以外表面无感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，则B的内表面带负电，D对，B、C错；B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，由电场叠加知，电场线的方向由A指向B，所以空腔内电场强度不为零，A错.达标检测1.(静电屏蔽)请用学过的电学知识判断下列说法正确的是

A.电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B.制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C.小鸟停在单根高压输电线上会被电死D.打雷时，待在汽车里比待在木屋里要危险答案√1234解析5解析电工穿绝缘衣容易产生大量的静电，反而比较危险，选项A错误.塑料油桶会因摩擦而带电，因为塑料是绝缘材料，不能把电导走，所以塑料油桶内易产生火花导致塑料油桶爆炸，选项B正确.小鸟停在单根高压输电线上时，加在小鸟两腿间的电压非常小，小鸟不会被电死，选项C错误.打雷时，待在汽车里，汽车的金属外壳起到静电屏蔽的作用，而木屋没有静电屏蔽作用，所以待在汽车里比待在木屋里要安全，选项D错误.故选B.123452.(静电现象的防止)(江苏省徐州市2016～2017学年高二学业水平第二次模拟)在以下的应用或现象中，属于静电防止的是

A.静电复印

B.静电喷涂C.静电除尘

D.油罐车用铁链拖地运行√答案1234解析静电复印、静电喷涂、静电除尘是静电的应用，油罐车用铁链拖地运行是静电的防止，D正确.解析53.(静电现象的防止)(2014·江苏省普通高中学业水平测试)如图8所示，运输汽油等易燃易爆物品的车辆总有一条铁链拖在地上，这样做的目的是

A.发出声音，引起路人注意B.减缓车速，保证行车安全C.把静电引入大地，避免因放电引起爆炸D.与地面发生摩擦，在运输车上积累电荷答案√图8123454.(静电现象的应用与防止)(多选)静电喷涂机原理如图9所示.静电喷涂机接高压电源，工作时涂料微粒会向带正电的被喷涂工件高速运动，微粒最后被吸到工件表面.关于静电喷涂机的涂料微粒，下列表述正确的是

A.微粒带正电

B.微粒带负电C.微粒受电场力作用

D.微粒受重力作用1234图9√答案解析√5解析静电喷涂机接高压电源的负极，所以喷出的涂料微