7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用第一章

靜電場(chǎng)[學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]物理觀念：

1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說(shuō)出靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點(diǎn).2.知道導(dǎo)體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其成因.科學(xué)探究：1.觀察演示實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析，體會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析推理的方法.2.查閱并搜集資料，了解靜電屏蔽在技術(shù)和生活中的應(yīng)用.科學(xué)思維：會(huì)根據(jù)靜電平衡條件求解感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng).內(nèi)容索引重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān)自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ)自主預(yù)習(xí)一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)和電荷分布1.靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體中(包括表面上)沒(méi)有電荷

的狀態(tài).2.靜電平衡狀態(tài)的特征：(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)

.(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面

.(3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)

，導(dǎo)體的表面為

.定向移動(dòng)處處為0垂直等勢(shì)體等勢(shì)面3.導(dǎo)體上電荷的分布(1)導(dǎo)體

沒(méi)有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的

.(2)在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)

，

的位置幾乎沒(méi)有電荷.二、尖端放電和靜電屏蔽1.空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷

很大，附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在

的作用下發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng)，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正負(fù)電荷

的現(xiàn)象.內(nèi)部外表面越大凹陷密度強(qiáng)電場(chǎng)分離2.尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被_____而奔向尖端，與尖端上的電荷

，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端

的現(xiàn)象.尖端放電的應(yīng)用與防止：①應(yīng)用：

是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施.②防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量

會(huì)減少電能的損失.3.靜電屏蔽：金屬殼或金屬網(wǎng)的空腔內(nèi)不受外界電場(chǎng)的影響，殼(網(wǎng))內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度保持為

，外電場(chǎng)對(duì)殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會(huì)產(chǎn)生影響，金屬殼(網(wǎng))的這種作用叫做

.靜電屏蔽的應(yīng)用：電學(xué)儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導(dǎo)線與大地相連.吸引中和失去電荷避雷針光滑0靜電屏蔽[即學(xué)即用]

判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為零.(

)(2)處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)處處為0.(

)(3)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子處于靜止?fàn)顟B(tài).(

)(4)避雷針能避免建筑物被雷擊是因?yàn)樵茖又袔У碾姾杀槐芾揍樛ㄟ^(guò)導(dǎo)線導(dǎo)入大地.(

)(5)用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來(lái)，再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，則驗(yàn)電器箔片能張開(kāi).(

)(6)電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，目的是銅絲衣服有屏蔽作用，使體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零.(

)√√×××√答案重點(diǎn)探究[導(dǎo)學(xué)探究]

如圖1所示，不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動(dòng)，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號(hào)電荷.請(qǐng)思考下列問(wèn)題：(1)自由電子定向移動(dòng)的原因是什么？定向移動(dòng)的方向如何？答案自由電子受外加電場(chǎng)的電場(chǎng)力作用而移動(dòng)，向著與電場(chǎng)相反的方向定向移動(dòng).圖1(2)自由電子能否一直定向移動(dòng)？為什么？答案不能.感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外加電場(chǎng)反向，阻礙自由電子的定向移動(dòng)，當(dāng)這兩個(gè)電場(chǎng)大小相等時(shí)，自由電子的定向移動(dòng)終止.答案一、靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體[知識(shí)深化]1.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零的本質(zhì)是外電場(chǎng)E0和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)E′的合場(chǎng)強(qiáng)為0，即E0＝－E′.2.孤立的帶電導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為0的本質(zhì)是分布在導(dǎo)體外表面的電荷在導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)為0.3.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是等勢(shì)體，表面是等勢(shì)面，所以導(dǎo)體表面的電場(chǎng)線應(yīng)與導(dǎo)體表面垂直.例1長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒原來(lái)不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為＋q的點(diǎn)電荷放在距棒左端R處，如圖2所示.當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)P處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小等于

，方向?yàn)?/p>

.解析答案圖2向左解析導(dǎo)體棒在點(diǎn)電荷＋q的電場(chǎng)中發(fā)生靜電感應(yīng)，左端出現(xiàn)負(fù)電荷，右端出現(xiàn)正電荷，棒中任何一點(diǎn)都受兩個(gè)電場(chǎng)的影響，即外電場(chǎng)：＋q在該點(diǎn)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度大小E0；附加電場(chǎng)：棒上感應(yīng)電荷在該點(diǎn)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度大小E′，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)E′＝E0.求處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的方法：(1)先求出外電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E外的大小和方向.(2)由于導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，則滿足靜電平衡條件E合＝0.(3)由E外＋E感＝0，求出感應(yīng)電場(chǎng)E感的大小和方向.方法總結(jié)針對(duì)訓(xùn)練1

(多選)如圖3所示，帶負(fù)電的點(diǎn)電荷旁有一接地大金屬板，A為金屬板內(nèi)的一點(diǎn)，B為金屬板左側(cè)外表面上的一點(diǎn)，下列關(guān)于金屬板上感應(yīng)電荷在A點(diǎn)和B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向判斷正確的是A.感應(yīng)電荷在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)沿E1方向B.感應(yīng)電荷在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)沿E2方向C.感應(yīng)電荷在B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)可能沿E3方向D.感應(yīng)電荷在B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)可能沿E4方向解析圖3答案√√解析金屬板內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為0，則感應(yīng)電荷的電場(chǎng)與點(diǎn)電荷的電場(chǎng)等大反向，即感應(yīng)電荷在A點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)沿E2方向，選項(xiàng)B正確；金屬板表面的電場(chǎng)強(qiáng)度垂直表面向外，即為感應(yīng)電荷的電場(chǎng)與點(diǎn)電荷的電場(chǎng)的合場(chǎng)強(qiáng)，則感應(yīng)電荷在B點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)可能沿E3方向，選項(xiàng)C正確.靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體上的電荷分布有：(1)凈電荷只分布在導(dǎo)體表面，內(nèi)部沒(méi)有凈電荷.(2)感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反，電荷量相等，近異遠(yuǎn)同，如圖4甲所示.(3)凈電荷在導(dǎo)體表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖乙所示.二、導(dǎo)體上電荷的分布甲

乙

圖4例2如圖5所示，把一個(gè)帶正電的小球放入原來(lái)不帶電的金屬空腔球殼內(nèi)并接觸，其結(jié)果可能是A.只有球殼外表面帶正電B.球殼的內(nèi)表面帶負(fù)電，外表面帶正電C.球殼的內(nèi)、外表面都帶正電D.球殼的內(nèi)表面帶正電，外表面帶負(fù)電解析答案圖5解析小球與球殼接觸構(gòu)成一個(gè)新導(dǎo)體，它的電荷量都分布在新導(dǎo)體的外表面，即只有球殼外表面帶正電，A對(duì)，B、C、D錯(cuò).√針對(duì)訓(xùn)練2

(多選)如圖6所示，在絕緣板上放有一個(gè)不帶電的金箔驗(yàn)電器A和一個(gè)帶正電荷的空腔導(dǎo)體B.下列實(shí)驗(yàn)方法中能使驗(yàn)電器箔片張開(kāi)的是A.用取電棒C(帶絕緣柄的導(dǎo)體棒)先跟B的內(nèi)壁

接觸一下后再跟A接觸B.用取電棒C先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸C.用絕緣導(dǎo)線把驗(yàn)電器A跟取電棒C的導(dǎo)體部分相連，再把取電棒C與B的內(nèi)壁接觸D.使驗(yàn)電器A靠近B圖6解析答案√√√解析A項(xiàng)中取電棒先和B的內(nèi)壁接觸后，由于B的內(nèi)壁本身沒(méi)有電荷，所以再接觸A時(shí)驗(yàn)電器箔片不張開(kāi)；B項(xiàng)中可以使取電棒帶電，從而使A帶電；C項(xiàng)中用絕緣導(dǎo)線實(shí)際上是將驗(yàn)電器A和B連成了一個(gè)導(dǎo)體，A因接觸而帶電；D項(xiàng)中是感應(yīng)起電.所以B、C、D項(xiàng)正確.三、尖端放電靜電屏蔽[導(dǎo)學(xué)探究]

1.避雷針是利用尖端放電保護(hù)建筑物的一種設(shè)施，其原理是什么？答案導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng)，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正、負(fù)電荷分離.這個(gè)現(xiàn)象叫做空氣的電離.中性的分子電離后變成帶負(fù)電的自由電子和失去電子而帶正電的離子.這些帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子.那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷.答案答案2.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，若導(dǎo)體是空心的，則空心部分的場(chǎng)強(qiáng)怎樣？靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？答案空心部分場(chǎng)強(qiáng)為零.靜電屏蔽是利用“處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零”，即使內(nèi)部有自由電子，受到的電場(chǎng)力也為0，自由電子不發(fā)生定向移動(dòng).[知識(shí)深化]1.靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外加電場(chǎng)矢量和為零，好像是金屬殼將外電場(chǎng)“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場(chǎng)并存，矢量和為零.2.靜電屏蔽的兩種情況

導(dǎo)體外部電場(chǎng)不影響導(dǎo)體內(nèi)部接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)不影響導(dǎo)體外部圖示實(shí)現(xiàn)過(guò)程因場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場(chǎng)的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，其外表面上的電荷被大地中的自由電子中和，外部電場(chǎng)消失，起到屏蔽內(nèi)電場(chǎng)的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導(dǎo)體，不能是絕緣體解析例3如圖7所示，把原來(lái)不帶電的金屬球殼B的外表面接地，將一帶正電的小球A從小孔中放入球殼內(nèi)，但不與B發(fā)生接觸，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)后，則A.B的空腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零B.B不帶電C.B的外表面帶正電D.B的內(nèi)表面帶負(fù)電圖7√答案解析因?yàn)榻饘偾驓さ耐獗砻娼拥?，所以外表面無(wú)感應(yīng)電荷，只有內(nèi)表面有感應(yīng)電荷分布，且由于A帶正電，則B的內(nèi)表面帶負(fù)電，D對(duì)，B、C錯(cuò)；B的空腔內(nèi)有帶正電的小球A產(chǎn)生的電場(chǎng)和金屬球殼內(nèi)表面感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，由電場(chǎng)疊加知，電場(chǎng)線的方向由A指向B，所以空腔內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，A錯(cuò).達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(靜電屏蔽)請(qǐng)用學(xué)過(guò)的電學(xué)知識(shí)判斷下列說(shuō)法正確的是A.電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全B.制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好C.小鳥(niǎo)停在單根高壓輸電線上會(huì)被電死D.打雷時(shí)，待在汽車?yán)锉却谀疚堇镆ｋU(xiǎn)答案1234解析√解析電工穿絕緣衣容易產(chǎn)生大量的靜電，反而比較危險(xiǎn)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.塑料油桶會(huì)因摩擦而帶電，因?yàn)樗芰鲜墙^緣材料，不能把電導(dǎo)走，所以塑料油桶內(nèi)易產(chǎn)生火花導(dǎo)致爆炸，選項(xiàng)B正確.小鳥(niǎo)停在單根高壓輸電線上時(shí)，加在小鳥(niǎo)兩腿間的電壓非常小，小鳥(niǎo)不會(huì)被電死，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.打雷時(shí)，待在汽車?yán)?，汽車的金屬外殼起到靜電屏蔽的作用，而木屋沒(méi)有靜電屏蔽作用，所以待在汽車?yán)锉却谀疚堇镆踩?，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.12342.(靜電平衡的理解)在點(diǎn)電荷－Q的電場(chǎng)中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓盤平面與點(diǎn)電荷在同一平面內(nèi)，則盤上感應(yīng)電荷在盤中A點(diǎn)所激發(fā)的附加場(chǎng)強(qiáng)E′的方向在下圖中正確的是答案1234解析解析感應(yīng)電荷在盤中A點(diǎn)激發(fā)的附加場(chǎng)強(qiáng)E′應(yīng)與－Q在A點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)等大反向，故A正確.√3.(導(dǎo)體的電荷分布)一帶有絕緣底座的空心金屬球殼A帶有4×10－8C的正電荷，有絕緣柄的金屬小球B帶有2×10－8C的負(fù)電荷，使B球與球殼A內(nèi)壁接觸，如圖8所示，則A、B帶電荷量分別為A.QA＝1×10－8C，QB＝1×10－8CB.QA＝2×10－8C，QB＝0C.QA＝0，QB＝2×10－8CD.QA＝4×10－8C，QB＝－2×10－8

C答案解析1234圖8解析B與A接觸后，負(fù)電荷全部跑到外表面，內(nèi)壁電荷量為零，故B帶電荷量為零，