静电现象的应用教案(教师版).docx

精选优质文档-倾情为你奉上1.7静电现象的应用【重点难点】1静电场中静电平衡状态下导体的特性，即其电荷分布、电场分布等是重点。2运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因是难点。教学过程静电感应静电平衡静电平衡的特点导体上电荷分布特点尖端电荷汇聚尖端放电避雷针静电屏蔽静电屏蔽的应用一、静电感应1、演示实验静电感应现象静电感应现象：在电场中的导体沿着电场强度方向两端出现等量异种电荷，这种现象叫静电感应现象当外电场撤掉，导体两端电荷又中和，可见静电感应现象中导体上净电荷仍然为零将不带电的导体置于电场中时，导体那自由电荷受力，发生定向移动，从而重新分布重新分布的电荷在导体内产生一个与原电场反向的电场，阻碍电荷定向移动，该电场与外电场叠加，使导体内部的电场减弱，只要内部场强不为零，导体两面的正负电荷便继续增加，导体的内部电场就会继续削弱，直至导体内部的合场强都等于零的时候为止，这时导体内自由电子不再发生定向移动导体中（包括表面）没有电荷的定向移动的状态，叫做静电平衡状态总结：静电平衡状态：导体上处处无电荷定向移动的状态 特征：导体内部处处场强为零在这个特征基础上进行推论，可得静电场中导体的特点2、强调：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零而且处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体外表面上这是为什么呢？为了验证这一点，可采用反证法，若导体内部有净电荷，电荷周围有电场，那么导体内部电场强度将不为零，电荷将发生定向移动二、静电现象的应用1、尖端放电 原因：因为在尖端附近强电场的作用下空气中残留的离子会发生激烈的运动。在激烈的运动过程中它们和空气分子相碰时，会使空气分子电离，从而产生大量新的离子，这就使空气边得易于导电。与尖端上电荷同号的离子受到排斥而飞向远方，蜡烛的火焰偏移就是受到这种离子形成的“电风”吹动的结果。在强电场作用下，物体曲率大的地方(如尖锐、细小的顶端，弯曲很厉害处)附近，等电位面密，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2）、闪电防护雷鸣电闪时在室外的人，为防雷击，应当遵从四条原则一是人体应尽量降低自己，以免作为凸出尖端而被闪电直接击中二是人体与地面的接触面要尽量缩小以防止因“跨步电压” 造成伤害所谓跨步电压是雷击点附近，两点间很大的电位差，如若人的两脚分得很开，分别接触相距远的两点，则两脚间便形成较大的电位差，有强电流通过人体使人受伤害 三是不可到孤立大树下和无避雷装置的高大建筑体附近，不可手持金属体高举头顶四是不要进水中，因水体导电好，易遭雷击总之，应当到较低处，双脚合拢地站立或蹲下，以减少遭遇雷的机会【知识总结】一、静电平衡状态下导体的电场1静电平衡状态处于电场中的导体内外电场相互叠加 ，使导体内部电场减弱，直至为零，导体内部自由电子不再发生定向移动的状态2处于静电平衡状态下导体的特点(1)处于静电平衡状态下的导体，内部场强处处为零(2)处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面，地球是一个等势体.二、导体上电荷的分布特点1导体内部没有净电荷，净电荷分布在导体的外表面2在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷三、尖端放电1空气的电离：导体尖端电荷密度很大，电场很强，带电粒子在强电场的作用下剧烈运动撞击空气分子，从而使分子的正负电荷分离的现象2尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象四、静电屏蔽1定义：把一个电学仪器放在封闭的金属壳里，即使壳外有电场，由于壳内场强保持为零，外电场对壳内的仪器也不会产生影响的现象2实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用3应用(1) 避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施(2)电学仪器和电子设备外面套有金属罩；通信电缆表面包一层铅皮；高压带电作业人员穿金属网衣；通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号较弱. 【知识拓展】静电屏蔽的两种情况及本质(1)导体内部不受外部电场的影响现象：由于静电感应，验电器箔片张开如图甲，将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图乙，即外部电场影响不到导体内部本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零a(2)接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响现象： a如右图甲导体壳没有接地时，处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，空间电场的电场线起于场源正电荷，终于导体壳内表面负电荷，再起于导体壳外表面正电荷，终于无穷远，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零b.导体壳接地后，如图乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，空间电场起于场源正电荷终于导体壳内表面负电荷，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影响本质：仍然是静电感应，导体内表面感应电荷与壳内电场在导体壳表面以外空间叠加结果为零【考点】静电平衡的特点及应用例题1：图710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710所示。当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒内中点P处产生的场强大小和方向分别是怎样的？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，棒中任何一点都有两个电场，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。达到静电平衡时EE0，题中所求的即为E。棒的中点距离q为rRl/2，于是EE0。E和E0方向相反，方向向左。同理，我们还能求棒中其他的附加电场的场强。答案：向左静电平衡状态下导体的特点例题2：如右图所示，点电荷A和B带电荷量分别为3.0×108 C和2.4×108 C，彼此相距6 cm.若在两点电荷连线中点O处放一个半径为1 cm的金属球壳，求球壳感应电荷在该中点处产生的电场强度解析：q1在O点的场强大小为E1k3×105 N/C，方向由O指向B；q2在O点的场强大小为E2k2.4×105 N/C，方向由O指向B；设感应电荷在O点的场强为E3，由静电平衡条件知E3E1E25.4×105 N/C，方向由O指向A.静电屏蔽现象的分析例题3：将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与球接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如右图所示，于是有()AA向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向BA的位置不变，B向右偏离竖直方向CA向左偏离竖直方向，B的位置不变DA和B的位置都不变【思路点拨】小球A在金属壳C内，因金属壳的屏蔽作用而不受B球电场的影响，由于A的作用，C球外壳带正电将对B有力的作用解析：带正电的小球A放在不带电的空心球C内，由于静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此B所在处有电场，所以B在电场力作用下向右偏而靠近C；由于空心球能屏蔽B球的电场，所以，A所在处场强为零，故A球不受电场力，位置不变故选B.答案：B【反思总结】对静电屏蔽问题要区分是哪种屏蔽形式【随堂练习】图711如图71所示，不带电的导体B在靠近带正电的导体A后，P端及Q端分别感应出负电荷和正电荷，则以下说法正确的是()A若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带负电B若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带正电C若用导线将Q端接地，然后断开，再取走A，则导体B将不带电D若用导线将P端接地，然后断开，再取走A，则导体B将带正电解析：用导线将Q接地后，导体B与地球构成一个大导体，其距A较近的为P端，仍带感应负电荷；其距A较远处，不再是Q端，而是地球，将感应出正电荷；而Q端成为大导体的中间部分将不会有感应电荷。所以，导体B将带负电荷。答案：A2在下列措施中，哪些能将产生的静电导走()A飞机轮子上搭地线B印染车间保持湿度C复印图片D电工钳柄装有绝缘套解析：飞机在飞行中与空气摩擦时，飞机外表面聚集了大量静电荷，降落时会对地面人员带来危害及火灾隐患，因此飞机降落时要及时导走机身聚集的静电，采取的措施是在轮胎上安装地线或用导电橡胶制造轮胎；在印染工作车间也同样容易产生静电，静电给车间带来火灾隐患，为防止火灾发生，其中安全措施之一就是保持车间湿度，从而通过湿润的空气及时导走静电；在复印图片环节中，刚好需要应用静电，在电工钳柄装有绝缘套是防止导电，保障电工的安全。答案：A、B3图72中接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电荷量为Q，到球心的距离为r。该点电荷的电场在球心处产生的感应电场的场强大小等于()AkkBkkC0 Dk解析：由内部合场强为零可知，感应电荷产生的场强与Q在该点产生的场强等大反向，故E。答案：D4如图73所示，带电体Q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷。在静电平衡后，下列物理量中等于零的是()A导体腔内任意点的场强B导体腔内任意点的电势C导体外表面的电荷量D导体空腔内表面的电荷量解析：静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，且内表面不带电，故选项A、D正确。由于导体接地，故整个导体的电势为零，选项B正确。导体外表面受带电体Q的影响，所带电荷量不为零，故选项C不正确。答案：A、B、D5.如图74所示，在真空中把一个导体向带负电荷的小球慢慢靠近(不接触)，下列说法正确的有()AB端的感应电荷越来越多B导体内的电场强度越来越大C导体的感应电荷在M点产生的场强恒大于在N点产生的场强D导体的感应电荷在M、N两点产生的场强相等解析：注意这是讨论静电感应带电体与导体慢慢靠近的过程，要注意电荷的动态运动，由场强叠加的原理可知B端感应电荷越来越多，A对；导体内场强为零，B错；因M点距离P较近，原场强大，感应电荷的场强与原场强叠加为零，所以感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强。答案：A、C6.如图75所示，为一空腔球形导体(不带电)，现将一个带正电的小金属球A放入腔中，当静电平衡时，图中a、b、c三点的场强E和电势的关系是()AEaEbEc，abcBEaEbEc，abcCEaEbEc，abcDEaEcEb，abc解析：画出导体空腔内外的电场线分布，可以看出Eb0，但b0，EaEcEb，由内向外电势依次降低，abc。答案：D7如图76所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球壳B内(与内壁不接触)。外加一个水平向右的场强为E的匀强电场，对于最后的结果，下列判断正确的是()AB的右端带正电，A向左偏BB的右端带正电，A不偏左也不偏右CB的左端带正电，A向右偏DB的左端带负电，A不偏左也不偏右解析：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A不会偏转，故A、C错误，B、D正确。答案：B、D8如图77所示，带正电的导体球A置于原来不带电的空腔导体球B内，a、c分别为导体A、B内的点，b为导体A和B之间的一点，下列说法正确的是()Aa、b、c三点的电势都相等Ba点的场强为零，但电势最高Cb点的场强为零，但电势大于零Da、b、c三点的场强都为零解析：导体A、B各为一个等势面，其内的各点场强为零，即EaEc0，带正电的A在B的内、外表面各感应出负、正电荷，A外B内的空间电场线方向由A指向B，Eb0，故电势a>b>c>0，所以A错，B对，C、D错。答案：B9在一个导体球壳内放一个电量为Q的点电荷，用Ep表示球壳外任一点的场强，则()A当Q在球壳中央时，Ep0B不论Q在球壳内何处，Ep一定为零C只有当Q在球心且球壳接地时，Ep0D只要球壳接地，不论Q在球壳内何处，Ep0解析：Q在球壳内任何位置，只会影响球壳内的负电荷分布；球壳外部带正电荷会使外部场强不为零，所以A、B错。而球壳接地会使外部电荷导入大地，所以外部场强才会为零，故C也错，选D。答案：D10.图78如图78所示，一导体球A带有正电荷，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度的大小为EA。在A球球心与P点连线上有一带负电的点电荷B，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度大小为EB。当A、B同时存在时，根据场强叠加原理，P点的场强大小应为()AEB BEAEBC|EAEB| D以上说法都不对解析：当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时，导体球上的电荷将均匀分布在导体球表面。根据题意均匀分布在导体球上的电荷在P点产生的场强为EA，当把点电荷放在B点后，虽然导体球所带的总电荷量未变，但因静电感应，导体球上的电荷将重新分布，直到达到静电平衡。这时，导体球上的电荷在P点产生的场强EA不等于EA。由于点电荷不涉及电荷如何分布的问题，它在P点产生的场强与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为EB，当点电荷与导体球A同时存在时，P点的场强应由EA与EB叠加而成，而不是由EA与EB叠加，这样对场强叠加原理的理解准确了，就能立即断定A、B、C三个选项都是不对的。答案：D11如图79所示，金属球壳A带有正电，其上方有一小孔a，静电计B的金属球b用导线与金属球c相连，以下操作所发生的现象，哪些是正确的()图79A将c移近A，但不与A接触，B会张开一定角度B将c与A外表面接触后移开，B会张开一定角度C将c与A内表面接触时，B不会张开角度D将c置于A空腔内，但不与A接触，B不会张开角度解析：不论c在A外还是A内，都能发生静电感应，从而使B的指针带正电使指针张开一定角度；不论将c与A的内表面还是外表面接触，因为接触带电，指针都带正电，从而张开一定角度。答案：A、B专心-专注-专业