高中物理选修3-1静电现象的应用ppt课件

7 静电现象的应用
问题导学 当堂检测
迁移与应用 迁移训练 1
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KETANG HEZUO TANJIU
如图所示,长为 L 的金属杆原来不带电,在距其左端 r 处放一个电
荷量为 q 的点电荷。问:
(1)金属杆中点处的电场强度为多少?
(2)金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的电场强度为多大? 答案:(1)0 (2)k(r+qL2)2 解析:(1)导体棒处于静电平衡时内部电场强度处处为 0,故金属杆
2.如果壳不接地,则壳内电荷将影响壳外电场,但与壳内电荷的位 置无关。
3.接地金属壳的壳内电荷分布不影响壳外的电场。但这并不是说 壳内电荷不在壳外空间产生电场,而是壳内电荷与壳内表面的感应电 荷在壳外空间的合电场强度处处为零。
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2.如图所示,A、B 为两个带等量异号电荷的金属球,将两根不带电的金 属棒 C、D 放在两球之间,则下列叙述不正确的是( )
A.C 棒的电势一定高于 D 棒的电势 B.当用导线将 C 棒的 x 端与 D 棒的 y 端连接的瞬间,将有从 y 流向 x 的电子流 C.若将 B 球接地,B 所带的负电荷全部流入大地 D.若将 B 球接地,B 所带的负电荷还将保留一部分
等量异种电荷在导体内部形成与电场强度 E0 反向的电场强度 E', 在导体内任一点的电场强度可表示为:E 内=E0+E',因附加电场 E'与外电 场 E0 方向相反,叠加的结果削弱了导体内部的电场,随着导体两侧感应 电荷继续增加,附加电场 E'增强,电场强度之和 E 内将逐渐减小,当 E 内=0 时,自由电子的定向运动也就停止了。这时就达到了静电平衡状态。
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答案:(1)①使带正电的金属球靠近验电器,验电器的箔片张开。 ②此现象说明了验电器受到附近带电体的影响。 (2)①用一个金属网罩把验电器罩住,再让带电金属球靠近,验电器 的箔片不张开。 ②此现象说明金属网罩内的验电器不受附近带电体的影响。 ③此现象的本质是静电感应。导体外表面的感应电荷在导体内部 产生的电场与外电场相互叠加,使导体内部电场强度处处为零。
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预习交流
飞机在云层与云层之间飞行或起飞、着陆时都有可能遭遇雷击。 但是当飞机遭遇雷击时,电流可以从雷电云达到飞机头部,纵向流过机 身外壳,最后从机尾凌空打到地上或从其中一机翼打过另一机翼,横向 流过机身。但不管怎样,闪电都只会沿着飞机外壳流过,而不会进入机内 对乘客造成伤害,你知道这是为什么吗?
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3.尖端放电 (1)电离:使空气分子中的正负电荷分离,这种现象叫作空气的电离。 (2)尖端放电:导体尖端的电荷密度很大,附近的电场很强,使周围中 性空气分子电离,变成带电离子,这些带电离子在强电场的作用下加速, 会使更多的空气分子电离,产生大量的正负离子,与导体尖端的电荷符 号相反的离子被吸引到尖端,跟尖端上的电荷中和,这相当于尖端失去 电荷,这种现象叫作尖端放电。 (3)应用与防止:应用:避雷针;防止:高压输电设备的表面尽量做得光 滑,避免放电。 4.静电屏蔽 导体处于静电平衡时,内部电场强度处处为零,表现为电中性,若导 体是空腔的,空腔部分的电场强度也处处为零,无论导体外部的电场是 什么样的,电场都不会深入到导体内部,金属壳的这种作用叫作静电屏 蔽。
当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状发生变化时,还要继 续发生静电感应现象,再次达到平衡。静电平衡是一个动态的平衡。
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2.探究静电平衡状态下导体的电势 (1)处于静电平衡状态的导体,其外部表面附近任何一点的电场强 度方向与这点的表面有什么关系? 答案:垂直。因为假如导体表面的电场强度方向与该点的表面不 垂直,则沿表面有电场强度的切向分量,在导体表面的自由电荷将受到 库仑力的作用而发生定向移动,这与静电平衡相矛盾,故外部表面附近 任何一点的电场强度方向与这点的表面相垂直。 (2)处于静电平衡状态的导体,其电势情况是怎样的? 答案:处于静电平衡状态的导体,内部电场强度处处为零,表面电场 强度垂直于导体表面。因此,当在导体内部移动电荷时,就不受库仑力 作用,没有库仑力做功,根据 W=qU 得 U=0,即导体内任意两点间的电 势差为零,即等电势。所以电场中的导体是一等势体,导体的表面是一 等势面。
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1.静电平衡状态下导体的电场 (1)静电平衡状态:导体中(包括表面)自由电子不再发生移动,我们就 认为导体达到了静电平衡状态。 (2)静电平衡状态下导体的特点: ①处于静电平衡状态的导体,内部电场强度处处为零。 ②处于静电平衡状态的整个导体是一个等势体,它的表面是一个 等势面。 ③表面处的电场强度不为零,表面处的电场强度方向跟导体表面 垂直。 2.导体上电荷的分布 (1)处于静电平衡状态的导体,内部没有净电荷,净电荷只分布在导 体的外表面。 (2)在导体外表面,越尖锐的位置,电荷的密度(单位面积上的电荷量) 越大,凹陷的位置几乎没有电荷。
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答案:将呈电中性状态的金属导体放入电场强度为 E0 的静电场中, 导体内自由电子便受到与电场强度 E0 方向相反的静电力作用。除了做 无规则热运动,自由电子还要向电场 E0 的反方向做定向移动,并在导体 的一个侧面聚集,使该侧面出现负电荷,而相对的另一侧出现“过剩”的等 量的正电荷,导体沿着电场强度方向两端出现等量异种电荷。
答案:飞机外壳是金属材料的,它会在雷击时形成静电屏蔽,保护飞 机内的乘客。
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一、静电平衡状态及其特点
活动与探究
1.探究静电平衡状态下导体的电场 放入电场中的导体内自由电子怎样移动?电子的聚集最终会出现 怎样的结果?试讨论当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状发生 变化时,还要继续发生静电感应现象吗?如果继续发生静电感应现象,最 终结果是什么?
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学习目标 重点难点
1.能说出静电平衡的概念及其产生条 件。 2.熟记静电平衡状态的导体的特点。 3.会分析关于静电屏蔽的相关问题。 重点:静电平衡状态的产生条件及对应 导体的特点。 难点:静电屏蔽的原理及应用。
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2.探究分析金属网罩内电荷对外部的影响 (1)如图,金属网罩不带电,罩内小球带正电,将验电器靠近金属网罩, 验电器的箔片是否张开?此现象说明了什么?
(2)如图所示,原来金属网罩不带电,罩内小球带正电,现把金属网罩 接地,则验电器的箔片是否张开?此现象说明了什么?此现象的本质是什 么?
A.EA>EB>EC,φA>φB>φC
B.EA=EB>EC,φA=φB>φC
C.EA=EB=EC,φA=φB>φC
D.EA>EC>EB,φA>φB>φC
答案:D
解析:画出空腔导体内外的电场线分布(图略),可以看出 EB=0,但
φB>0,由内向外电势依次降低,φA>φB>φC;由电场线疏密可看出
EA>EC>EB。处于静电平衡的导体内部电场强度处处为零,导体是一个
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答案:(1)①金属网罩不带电,罩内小球带正电,将验电器靠近金属网 罩,验电器箔片张开。
②此现象说明网罩内带电体产生的电场能使外界受到影响。 (2)①把金属网罩接地,则验电器箔片不张开。 ②此现象说明金属网罩接地,内部电场不影响外界。 ③此现象的本质是静电感应。网罩内小球所带电荷与网罩内表面 感应电荷在网罩外产生的电场相互叠加使网罩外电场强度处处为零。
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二、静电屏蔽
活动与探究
1.探究分析外部电荷对网罩内的影响 (1)如图所示使带正电的金属球靠近验电器,验电器的箔片是否张 开?此现象说明了什么?
(2)现用一个金属网罩把验电器罩住,再让带电金属球靠近验电器, 如图所示,验电器的箔片是否张开?此现象说明了什么?此现象的本质 是什么?
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迁移与应用
迁移训练 2 如图所示为一空 腔球形导体(不带电),现在将一个带正电的小金
属球 M 放入空腔中,当静电平衡时,图中 A、B、
C 三点的电场强度大小 E 和电势 φ 的关系是 ()
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等势体,但其电势并不一定为零。
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1.无论导体壳内是否有电荷,壳外电荷的分布均不影响壳内的电场。 但这并不是说壳外电荷不在壳内空间产生电场,而是因为壳外电荷与 壳外表面分布的感应电荷在壳内任一点的合电场强度为零。
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1.每到夏季,我国各地纷纷进入雨季,雷雨等强对流天气频繁发生。当我 们遇到雷雨天气时,一定要注意避防雷电。下列说法正确的是( ) ①不宜使用无防雷措施的电器或防雷措施不足的电器及水龙头 ②不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙,远离带电设备 ③固定电话和手提电话均可正常使用 ④在旷野,应远离树木和电线杆 A.①②③ B.①②④ C.①③④ D.②③④ 答案:B 解析:表面具有突出尖端的导体,在尖端处的电荷分布密度很大,使得其 周围电场很强,就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电。固定 电话和手提电话的天线处有尖端,易引发尖端放电造成人体伤害,故不 能使用。
中点处电场强度为 0。
(2)内部电场强度是两个电场强度的叠加,所以 E 感-E=0 E 感=E=k(r+qL2)2。
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静电平衡状态的特点 1.导体处于静电平衡状态时,内部电场强度处处为零。 2.处于静电平衡状态的导体,电荷只分布在导体的外表面上。 3.处于静电平衡状态的导体表面上任一点的电场强度方向与该点 表面垂直。可用反证法证明。若不垂直,沿表面有切向分量,电荷将发生 定向移动。 4.处于静电平衡状态的导体,其表面的电荷分布规律为尖端附近电 荷分布较多,凹进部分电荷分布较少。 5.处于静电平衡状态的导体是个等势体,导体表面是等势面。
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