高中物理人教版选修3117静电现象的应用ppt课件.ppt
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1、1.7 静电现象的应用人教新课标版高二选修3-1思考思考(1)金属导体的微观结构如何?金属导体的微观结构如何?将金属导体放入电场中将金属导体放入电场中(2 2)自由电子怎样移动?)自由电子怎样移动?(5)最终会出现怎样的现象?最终会出现怎样的现象?E(4)电子的积聚会出现怎样的结果?电子的积聚会出现怎样的结果?(3)自由电子会在什么地方积聚?自由电子会在什么地方积聚?-E置于电场中的导体,自由电荷受电场力作用,将发生定向移动。置于电场中的导体,自由电荷受电场力作用,将发生定向移动。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 -E在导体两端,积聚等量异种电荷,即静电感应现象。在导体
2、两端,积聚等量异种电荷,即静电感应现象。-E感应电荷在导体内部产生电场感应电荷在导体内部产生电场E,与原电场叠加。只要,与原电场叠加。只要内部合场强不为零,自由电子就会继续做定向移动。内部合场强不为零,自由电子就会继续做定向移动。E -E当内部合场强为零时,即当内部合场强为零时,即E=E时,电荷不再时,电荷不再发生定向移动。发生定向移动。E=E EE内内=0静电平衡状态下导体的电场静电平衡状态下导体的电场u导体内部场强处处为零导体内部场强处处为零u导体是等势体导体是等势体,表面为等势面表面为等势面u导体外部表面附近场强方向导体外部表面附近场强方向与该点的表面垂直与该点的表面垂直若不为零会若不为
3、零会出现何现象出现何现象?若不垂直若不垂直会出现何会出现何现象现象?O静电平衡状态静电平衡状态为什么为什么会如此会如此?1 1、处于静电平衡状态下的导体,内部的场强处处为零。、处于静电平衡状态下的导体,内部的场强处处为零。2 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、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。势面。3 3、导体外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。、导体外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。对于一孤立的带电导体,内部场强为零的本质是:导体表面对于一孤立的带电导体,内部场强为零的本质是:导体表面所带全部电荷在内部任一处产生的电场强度的矢量和为零。所带全
4、部电荷在内部任一处产生的电场强度的矢量和为零。静电平衡的特点(小结)静电平衡的特点(小结)二、导体上电荷的分布二、导体上电荷的分布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现象现象:甲甲:A:A的箔片张角逐渐增大的箔片张角逐渐增大乙乙:A:A的箔片始终没有张开的箔片始终没有张开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,凹陷的位置几乎凹陷的位置几乎没有电荷没有电荷为什么为什么?为什么为什么?法拉第圆筒实验法拉第圆筒实验均匀球形导体均匀球形导体1 1、导体内没有电荷、导体内
5、没有电荷,电荷只分布在导体的表面。电荷只分布在导体的表面。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。导体上电荷的分布小结导体上电荷的分布小结 1 1空气的电离空气的电离 强电场使空气分子中正负电荷分离的现象叫做空气的电离。强电场使空气分子中正负电荷分离的现象叫做空气的电离。2 2尖端放电尖端放电 在强电场作用下,物体尖端部分发生的一种放电现象称为尖端放电。在强电场作用下,物体尖端部分发生的一种放电现象称为尖端放电。在强电场作用下,物体曲率大的地方在强电场作用下,物体曲率大的地方(如尖锐、细小的顶端,如尖锐、细小的顶端,弯曲很厉害处弯曲很厉害处
6、)附近,等电位面密,电场强度剧增,致使这里空气附近,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三、尖端放电三、尖端放电尖端放电尖端放电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空气电离空气电离正负电荷奔向异种电荷正负电荷奔向异种电荷尖端失去电荷尖端失去电荷尖端放电尖端放电应用应用:避雷针避雷针闪电防护闪电防护雷鸣电闪
7、时在室外的人,为防雷击,应当遵从四条原则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,所以人长得高还是一件非常痛苦的事情直接击中,所以人长得高还是一件非常痛苦的事情二是人体与地面的接触面要尽量缩小以防止因二是人体与地面的接触面要尽量缩小以防止因“跨步电跨步电压压”造成伤害所谓跨步电压是雷击点附近,两点间很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
8、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人体使人受伤害第三是不可到孤立大树下和无避雷装置的高大建筑第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体附近,不可手持金属体高举头顶第四是不要进水中,因水体导电好,易遭雷击第四是不要进水中,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减少遭遇雷的机会闪电防护四、静电屏蔽四、静电屏蔽 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,空腔内没有电场,空腔内不受外电空腔导体能把外电场挡住,
9、空腔内没有电场,空腔内不受外电场的影响。场的影响。(2 2)静电屏蔽)静电屏蔽导体壳(金属网罩)能保护它所包围的区域,使这个区域不受导体壳(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,这种现象叫做静电屏蔽。外电场的影响,这种现象叫做静电屏蔽。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。超高压带电作业的工人穿戴的工作服,是用包含金属丝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。的织物制成的。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
10、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。如图所示在真空中把一绝缘导体如图所示在真空中把一绝缘导体ABAB向带负电的小球向带负电的小球P P缓慢的靠近时,下列说法正确缓慢的靠近时,下列说法正确的是(的是()A A、B B端的感应电荷越来越多端的感应电荷越来越多B B、导体内部场强越来越大、导体内部场强越来越大C C、导体的感应电荷在、导体的感应电荷在M M点产生的场强大于在点产生的场强大于在N N点产生的的场强点产生的的场强D D、导体的感应电荷在、导体的感应电荷在M M、N N两点产生的的场强相等两点产生的的场强相等MBANP长为长为L L的导体棒原来不带电
11、,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的点电荷放在与的点电荷放在与棒的左端距离为棒的左端距离为R R的地方,如图所示。达到静电平衡后,棒上的的地方,如图所示。达到静电平衡后,棒上的感应电荷在棒内中点感应电荷在棒内中点O O处产生的场强有多大?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.q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
12、导体的电场 学习了静电平衡、静电平衡状态的概念,知道静电平衡的条件学习了静电平衡、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。学习了静电平衡导体的特点是导体内部的场强处处为零。学习了静电平衡导体的特点 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面。)导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外表面。(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
13、屏蔽现象及其应用。一金属球,原来不带电,现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN,如图175所示,金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec,三者相比()类型一类型一静静电电平衡特点的平衡特点的应应用用课堂讲练课堂讲练图175AEa最大BEb最大CEc最大 DEaEbEc【思路点拨】电场中的导体静电平衡时合场强为零,感应电荷在导体上的分布无规则,没有合适的公式比较它产生电场的强弱,要抓住合场强为零的特点,转换研究对象求解.【解析】金属球在带电细杆MN的电场中,达到静电平衡后,其内部合场强处处为零.金属球上感应电荷在a、b、c三点产生电场的场强与MN
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