高中物理选修3-1-静电现象的应用

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静电场
高中物理 选修 3-1
(1) 如图 Q (2) E感 = k —— 9r2 方向沿球心 O 与 +Q 连线，指向+Q
+ r + + +
- 2r + Q -
(3) 不会出现中和现象 因为金属球是等势体，左右两侧电势 相等，电荷不会在这两间移动。
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高中物理 选修 3-1
例4 把一个带正电的小球 A，放入带绝缘支架 的不带电的空心球壳 B 内，但不与 B 的内壁 接触，如图所示。达到静电平衡后，下列说法 中正确的 （ D ） A. 球壳 B 内空腔处场强为零 B. 球壳 B 外部空间的场强为零 C. 球壳 B 内表面上无感应电荷 +A D. 若将球壳 B 接地，则球壳带负电
B
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例 5 如图，点电荷右侧放一平行金属 板，试分析，金属板达静电平衡后， 图中 a、b、c（板内点）三点场强大 小关系如何？画出板中 d 点的感应电 荷产生的场强方向？
＋
a b
d c
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上述过程可以用三处状态图描述
自由电荷在电 场力作用下移动
感应电荷 建立电场
感应电荷电 场与原电场 叠加
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静电平衡 电场中导体内（包括表面上）自由 电荷不再发生定向移动的状态叫做 静电平衡状态 3 静电平衡导体的特性
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现象:
从C 处取电荷时， 验电器张大
结论:
•导体表面越尖锐的位 置电荷越密集,凹陷的 位置几乎没有电荷
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2
静电平衡时，超导体上电荷分布规律
导体内部无净电荷，电荷只分布 在导体的外表面 在超导体表面，越尖锐的位置， 电荷的密度（单位面积上的电 荷量）越大，凹陷位置几乎没 有电荷。
近异远同
感应电荷：静电感应现象中，导体不 净 同部分出现的净电荷。
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练一练
如图所示，Q 是一个绝缘金 属导体，把一个带正电的绝
缘金属球 P 移近 Q，由于静电感应，A、B 端出现感应电荷的数值分别为 qA、qB，正 确的是 （ BD ） A. 用手接触一下 Q 的 A 端， 拿走 P 后 Q 带正电 B. 用手接触一下 Q 的 B 端，P Q 拿走 P 后 Q 带负电 B + A C. 导体Q上， qA > qB D. 导体Q上， qA = qB
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导体上电荷分布
1
法拉弟圆桶实验
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现象: •甲:A的箔片张角逐渐增大 •乙:A的箔片始终没有张开 结论: •导体内部没有电荷,电荷 分布在导体的外表面
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静电平衡状态下导体的电场
1
静电场中导体内电场分布
对于放入电场中的导体，思考下列问题
问题1 金属导体的微观结构如何？ 问题2 导体处于电场中时，自由电子 会怎样移动? 问题3 自由电子会在什么地方积聚? 问题4 电子积聚会出现怎样的结果? 问题5 最终出现什么现象?
1
导体 容易导电的物体叫导体
问题1 导体有什么特征？ 导体中存在大量自由电荷 问题2 常见导体有哪些？举例说明。 金属、石墨、人体、大地、 酸碱盐溶液… 问题3 不带电导体放入电场中，其中的 自由电荷有什么特点？
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2
静电感应现象
放入电场中的导体，其 内部的自由电子在电场 力的作用下向电场的反 方向作定向移动，致使 导体的两端分别出现等 量的正、负电荷。这种 现象叫静电感应现象。
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3
尖端放电
尖端周围电场强
导体尖端电荷密度大 空气电离
空气中残留带电粒子剧烈运动
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正负电荷奔向异种电荷
尖端失去电荷
尖端放电
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应用: 避雷针
带电雷雨云
接 近
避雷针
静 感 电 应
B
)
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静电屏蔽
1
静电屏蔽现象
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静电屏蔽 空腔导体或金属网罩可以把外部电 场遮住，使其不受外电场的影响。 3 静电屏蔽的两种情况
2 导体内腔不受外界影响 + +
+
E=0 -
2
导体内部场强处处为零 导体是等势体,表面为等势面 导体外部表面附近场强方向与该点 的表面垂直
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例1 如图一个原来不带电的半径为 r 的空心金 属球放在绝缘支架上，右侧放置一个电荷量为 + Q 的点电荷，点电荷距金属球表面的最近距 离为 2r。 (1) 标出金属球在静电平衡后左右两侧带电符 号。 (2) 由于静电感应而在金属球上出现了电荷， 它们也在空间激发电场。这些感应电荷在球心 激发的电场强度大小等于多少？方向如何？ (3) 如果用导线的一端接触球的左侧，另一端 接触球的右侧，导线是否能将球两侧的电荷中 和？为什么？
金属棒出现与 云层相反电荷
尖 放 端 电
向大气放电中 和空气中电荷
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高中物理 选修 3-1
现象: 电晕 尖端放电会导致高压设备上电能损 失，所以高压电器设备中导体表面 应该尽量做得光滑一些。 夜间高压电线周围有时会现出一层 绿色光晕 —— 电晕。 原因：微弱的尖端放电现象
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高中物理 选修 3-1
例3 一个带绝缘座的空心金属球 A 带有4×10－8 C的正电荷， 有绝缘柄的金属小球B带有 2×10－8 C的负电荷，使 B 球和A球的内壁接触，如图 所示，则 A、B 各带电量为 ( A. QA=10－8 C; QB=10－8 C B. QA =2×10－8 C; QB=0 C. QA = 0 ; QB=2×10－8 C D. QA = 4×10－8 C; QB=－2×10－8 C
+
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接地导体空腔外部不受 内部电荷影响 E =0
E =0
+
-
-
-
E =0
E =0
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4
静电屏蔽的本质
静电屏蔽形成的本质 —— 静电感应与静电平衡 5 静电屏蔽的应用 电学仪器和电子设备外面金属罩 通讯电缆外层金属套 电力工人高压带电作业，全身穿 戴金属丝网制成的衣、帽、手套、 鞋
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7
上节回放
1
静电现象的应用
匀强电场中U 与E 的关系 U U = Ed 或 E = — d 2 电场力做功 任意电场：WAB = qU 匀强电场：WAB = qEd
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静电感应现象
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例2 如图所示，在真空中把一个导体向带 负电的小球慢慢靠近（不接触）的过程中， 下列说法中正确的是 （ ） AC A. B 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. 感应电荷在 M、N 两点产生的场强相等 Q B A M N