高二物理静电平衡的应用

1.7静电平衡的应用

教学目标

（1）知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态；

（2）理解静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零；

（3）知道静电屏蔽及其应用。

教学重点：静电平衡状态。

教学难点：电场中导体的特点。

教学方法：推理归纳法、问题解决法、实验法。

教具准备：验电器、法拉第圆筒、有绝缘柄的金属球一个、金属网罩、收音机、感应起电机、导线若干。 教学过程：

第七节 静电平衡的应用

(一)复习提问

1、什么是静电感应现象？

2、静电感应现象的实质是什么？

3、在静电感应时用手摸一下导体，再移走源电荷，则导体带什么电？

若将导体接地则情况如何？左端接地呢？

（二）新课教学

1、电场中的导体

（1）金属导体的特征：由做热振动的正离子和做无规则热运动的自由电子组成。

（2）静电感应现象：

（3）问题：①在源电荷的电场中引入金属导体后会对空间各点的场强有影响吗？

②是什么作用使金属内的电子定向移动的？此移动一直进行吗？

③静电屏蔽后金属导体内部有电场吗？

答： ①使空间电场重新分布。

②源电荷的电场使导体内部自由电子定向移动。

③没有。静电平衡状态：导体（包括表面）中没有电荷定向移动时的状态叫静电平衡状态。

2、静电平衡状态下导体的特点

（1）内部场强处处为零（不为0则自由电子将继续移动直至合场强为0）。

（2）导体中没有自由电荷定向移动。

+ － － ＋ ＋ ＋ － + － － ＋ ＋ ＋

－

（3）净电荷分布在导体外表面。

实验证明：法拉第圆筒实验。

理论证明：中性导体带电后，由于同种电荷相互排斥，净电荷只能分布在表面。反证法：若内部有自由电荷，则内部场强不为0，导体就不是处于静电平衡状态。

（4）导体表面附近的电场线与表面垂直。

（5）静电平衡时导体周围电场分布：

上图空间实际电场分布，不会出现虚线电场线。

3、静电屏蔽

（1）空腔导体的特点：

净电荷只分布在外表面，内表面不带电，空腔内没有电场。

（2）静电屏蔽

外部电场对内部仪器没有影响， 若将源电荷置于空腔内，则外对内没有影响，但内对外有影响。 实验演示：将收音机置于金属网罩内则声音大小减小。

若将球壳接地，则内外各不影响（较难）

（3）应用：电学仪器和电子设备外面套有金属罩、通信电缆外面包一层铅皮、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弱。

4、巩固练习

例1、如图所示，在一个原来不带电的金属导体壳的球心处放一正电荷，试分析A 、B 、C 三点的场强（ ）

A.E A ≠0 ，E B =0 ，E C =0

B.E A ≠0 ，E B ≠0 ，E C =0

C.E A ≠0 ，E B ≠0 ，E C ≠0

D.E A =0 ，E B ≠0 ，E C =0

例2、如图所示，A 、B 是两个架在绝缘支座上的金属球，都不带电，中间用导线连接，现用一带正电的小球C 靠近B ，用手摸一下B 球，再撤去导线，然后移走C 球，则A 、B 带电情况（ ）

+ － － ＋ ＋ ＋ － + ＿ ＿ ＿ ＋ ＋ ＋ + + + + A B C

A.A球带正电，B球带负电

B.A球带正电，B球不带电

C.A球不带电，B球带负电

D.以上说法都不正确

C

A B +