13版高中物理《課時(shí)講練通》1.7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用（人教版選修3-1）

1、7 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用,1.通過(guò)對(duì)靜電場(chǎng)中導(dǎo)體的自由電荷運(yùn)動(dòng)情況的討論，了解靜電平衡的概念,知道處于靜電平衡的導(dǎo)體的特征。2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解靜電平衡時(shí)帶電導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn)。3.了解尖端放電和靜電屏蔽現(xiàn)象，關(guān)注生活、生產(chǎn)中的靜電現(xiàn)象。,重點(diǎn)：掌握靜電平衡的概念，理解導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)的特征。難點(diǎn)：應(yīng)用靜電平衡的知識(shí)，理解靜電平衡的特征，認(rèn)識(shí)導(dǎo)體的 電荷分布特點(diǎn)。,一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)1.靜電感應(yīng)現(xiàn)象把導(dǎo)體放

2、入電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)部的自由電荷在______作用下定向移動(dòng)，而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)_____________的現(xiàn)象。,電場(chǎng)力,等量異種電荷,2.靜電感應(yīng)因果關(guān)系,自由電荷,異種電荷,定向移動(dòng),3.靜電平衡(1)定義：導(dǎo)體中(包括表面上)沒(méi)有電荷_________的狀態(tài)。(2)特點(diǎn):①導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為_(kāi)__。②導(dǎo)體是個(gè)_______，表面是個(gè)_______。③導(dǎo)體表面上任一點(diǎn)的電場(chǎng)線方向跟該點(diǎn)的表面_____。④導(dǎo)體內(nèi)部_____

3、電荷，電荷分布在導(dǎo)體的_______。且在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷的密度_____，凹陷的位置幾乎_________。,等勢(shì)體,等勢(shì)面,沒(méi)有,外表面,越大,沒(méi)有電荷,定向移動(dòng),零,垂直,二、尖端放電 靜電屏蔽1.尖端放電(1)尖端放電：空氣被電離后，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_____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。(2)應(yīng)用和防止①應(yīng)用：____

4、___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_____________會(huì)減少電能的損失。,吸引,中和,失去電荷,避雷針,表面盡量光滑,2.靜電屏蔽(1)定義：當(dāng)金屬外殼達(dá)到靜電平衡時(shí)，內(nèi)部_____電場(chǎng)，因而金屬的外殼會(huì)對(duì)其_____起保護(hù)作用，使其_____不受_________影響的現(xiàn)象。(2)應(yīng)用：電學(xué)儀器外面有_______，野外高壓線上方還有 _________與大地相連，都是利用靜電屏蔽消除外

5、電場(chǎng)的影響。,沒(méi)有,內(nèi)部,內(nèi)部,外部電場(chǎng),金屬殼,兩條導(dǎo)線,【判一判】(1)處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零是因?yàn)閷?dǎo)體內(nèi)部無(wú)電場(chǎng)。( )(2)一個(gè)帶電金屬球，增加它帶的電荷量，穩(wěn)定后其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不變。( )(3)避雷針是應(yīng)用了尖端放電的原理。( ),提示：(1)處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零是因?yàn)楦袘?yīng)電荷的場(chǎng)強(qiáng)和外電場(chǎng)合場(chǎng)強(qiáng)為零，而不是導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)電場(chǎng)，故(1)錯(cuò)誤。(2)當(dāng)達(dá)到靜電平衡時(shí)，金屬球內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，

6、與金屬球帶電量無(wú)關(guān)，故(2)正確。(3)避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施，通過(guò)避雷針尖端放電后，建筑物不至于積累過(guò)多的電荷而遭雷擊，故(3)正確。,靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體,1.探究靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)(1)如圖，將一不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD放到電場(chǎng)強(qiáng)度為E0的電場(chǎng)中，討論：導(dǎo)體內(nèi)部自由電子怎樣移動(dòng)?電子的聚集最終會(huì)出現(xiàn)怎樣的結(jié)果?,提示:①將呈電中性狀態(tài)的金屬導(dǎo)體放入場(chǎng)強(qiáng)為E0的靜電場(chǎng)中,導(dǎo)體內(nèi)自由電子便受到與場(chǎng)強(qiáng)E0方向

7、相反的電場(chǎng)力作用。②自由電子要向電場(chǎng)E0的反方向做定向移動(dòng),并在導(dǎo)體的一個(gè)側(cè)面聚集,使該側(cè)面出現(xiàn)負(fù)電荷,而相對(duì)的另一側(cè)出現(xiàn)“過(guò)剩”的等量的正電荷,導(dǎo)體沿著電場(chǎng)強(qiáng)度方向兩端出現(xiàn)等量異種電荷。,③等量異種電荷在導(dǎo)體內(nèi)部形成與場(chǎng)強(qiáng)E0反向的場(chǎng)強(qiáng)E′,在導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)可表示為:E內(nèi)=E0+E′,因附加電場(chǎng)E′總與外電場(chǎng)E0方向相反,疊加的結(jié)果削弱了導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng),隨著導(dǎo)體兩側(cè)感應(yīng)電荷繼續(xù)增加,附加電場(chǎng)E′增強(qiáng),合場(chǎng)強(qiáng)E內(nèi)將逐漸減小,當(dāng)

8、E內(nèi)=0時(shí),自由電子的定向移動(dòng)也就停止了，這時(shí)就達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)。,【誤區(qū)警示】在此問(wèn)題中學(xué)生易出現(xiàn)以下錯(cuò)誤：(1)認(rèn)為處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有自由電荷了；(2)認(rèn)為處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)電場(chǎng)。為此教師要講清楚兩個(gè)問(wèn)題：(1)處于靜電平衡的導(dǎo)體，其靜電荷分布在導(dǎo)體的外表面上，導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷定向移動(dòng)，但導(dǎo)體內(nèi)部仍然有自由電荷，并且這些自由電荷還在做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)； (2)導(dǎo)體內(nèi)部每一點(diǎn)都有兩個(gè)電場(chǎng)，即感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)和外電場(chǎng)，

9、只是兩電場(chǎng)疊加的結(jié)果使得該點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為零。,(2)試討論：當(dāng)外電場(chǎng)、導(dǎo)體在電場(chǎng)中的位置或?qū)w的形狀發(fā)生變化時(shí),還會(huì)繼續(xù)發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象嗎?如果繼續(xù)發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象,最終結(jié)果是什么?提示:當(dāng)外電場(chǎng)、導(dǎo)體在電場(chǎng)中的位置或?qū)w的形狀發(fā)生變化時(shí),還會(huì)繼續(xù)發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象,再次達(dá)到平衡。所以靜電平衡是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡。,2.探究靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電勢(shì)(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向與這點(diǎn)的表面有什么關(guān)系？提示：

10、垂直。因?yàn)榧偃鐚?dǎo)體表面的電場(chǎng)強(qiáng)度方向與該點(diǎn)的表面不垂直，則沿表面有電場(chǎng)強(qiáng)度的切向分量，在導(dǎo)體表面的自由電荷將受到庫(kù)侖力的作用而發(fā)生定向移動(dòng)，這與靜電平衡相矛盾，故外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向與這點(diǎn)的表面相垂直。,(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其電勢(shì)情況是怎樣的？提示：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，表面電場(chǎng)強(qiáng)度垂直于導(dǎo)體表面。因此，當(dāng)在導(dǎo)體內(nèi)部移動(dòng)電荷時(shí)，就不受庫(kù)侖力作用，沒(méi)有庫(kù)侖力做功，根據(jù)W=qU得U=0，即導(dǎo)體內(nèi)任意

11、兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為零，即等電勢(shì)。所以電場(chǎng)中的導(dǎo)體是一等勢(shì)體，導(dǎo)體的表面是一等勢(shì)面。,【規(guī)律方法】靜電平衡的兩種“觀點(diǎn)”(1)遠(yuǎn)近觀“遠(yuǎn)近觀”是指處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，離場(chǎng)源電荷較近和較遠(yuǎn)的兩端將感應(yīng)出等量的異種電荷，而導(dǎo)體的中間部分可認(rèn)為無(wú)感應(yīng)電荷產(chǎn)生。(2)整體觀“整體觀”是指把兩個(gè)或多個(gè)原來(lái)彼此絕緣的導(dǎo)體接觸或用導(dǎo)線連接時(shí)，就可把它們看做是一個(gè)大導(dǎo)體，再用“遠(yuǎn)近觀”判斷它們的帶電情況。,【探究歸納】1.靜電平衡下導(dǎo)體的電

12、場(chǎng)導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零，表面處場(chǎng)強(qiáng)不為零，場(chǎng)強(qiáng)方向與表面垂直。2.靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電勢(shì)導(dǎo)體是一等勢(shì)體，導(dǎo)體的表面是一等勢(shì)面。,【典例1】如圖所示，A、B為兩個(gè)帶等量異號(hào)電荷的金屬球，將兩根不帶電的金屬棒C、D放在兩球之間，則下列敘述正確的是( )A.C棒的電勢(shì)一定高于D棒的電勢(shì)B.當(dāng)用導(dǎo)線將C棒的x端與D棒的y端連接的瞬間，將有從y流向x的電子流C.若將B球接地，B所帶的負(fù)電荷全部流入大地D.若將B球接地，

13、B所帶的負(fù)電荷還將保留一部分,【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)明確以下三點(diǎn)：(1)要畫出電場(chǎng)線輔助解題。(2)電子帶負(fù)電。(3)要知道靜電平衡的原理。,【解析】選A、B、D。由如圖所示的電場(chǎng)線方向可知A、B、C、D的電勢(shì)高低為φA>φC>φD>φB。當(dāng)用導(dǎo)線將C棒的x端與D棒的y端連接的瞬間，將有自由電子從電勢(shì)低的D棒流向電勢(shì)高的C棒，這時(shí)C與D已通過(guò)導(dǎo)線連接為一個(gè)導(dǎo)體了，靜電平衡后，它們的電勢(shì)相等，C的x端仍帶負(fù)電，D

14、的y端仍帶正電，而C的右端及D的左端均不帶電，即C右端的正電荷與D左端的負(fù)電荷中和掉了。當(dāng)將B球接地時(shí)，一部分自由電子從低于大地電勢(shì)的B,球上流向大地，而另一部分電子受到D棒y端正電荷的吸引而保留在靠近y的近端處，如果把帶正電的A球移走，接地的B球上的負(fù)電荷才全部流入大地。故選項(xiàng)A、B、D正確。,【變式訓(xùn)練】(2012·廣州高二檢測(cè))一個(gè)金屬球原來(lái)不帶電，現(xiàn)沿著球的直徑的延長(zhǎng)線放置一個(gè)均勻帶電細(xì)桿MN，如圖所示，則金屬球上感應(yīng)

15、電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)在球內(nèi)直徑上a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小Ea、Eb、Ec的大小關(guān)系為( )A.Ea最大 B.Eb最大 C.Ec最大 D.Ea=Eb=Ec,【解析】選C。金屬球處于靜電平衡狀態(tài)，其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，即感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)和外電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)疊加為零，由于c點(diǎn)離帶電細(xì)桿MN較近，故帶電細(xì)桿MN在c點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)較大，則感應(yīng)電荷在c點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)也較大,C正確。,靜電屏蔽,1.如圖甲，使帶正電的金屬球靠近驗(yàn)電

16、器,驗(yàn)電器的箔片是否張開(kāi)?若用一個(gè)金屬網(wǎng)罩把驗(yàn)電器罩住,再讓帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，如圖乙所示,驗(yàn)電器的箔片是否張開(kāi)?這些現(xiàn)象說(shuō)明了什么？,提示：(1)使帶正電的金屬球靠近驗(yàn)電器，驗(yàn)電器的箔片張開(kāi)。(2)用一個(gè)金屬網(wǎng)罩把驗(yàn)電器罩住，再讓帶電金屬球靠近，驗(yàn)電器的箔片不張開(kāi)。(3)驗(yàn)電器受到附近帶電體的影響；金屬網(wǎng)罩內(nèi)的驗(yàn)電器不受附近帶電體的影響。,2.如圖甲,金屬網(wǎng)罩不帶電,罩內(nèi)小球帶正電,將驗(yàn)電器靠近金屬網(wǎng)罩,驗(yàn)電器的箔片是否張開(kāi)?現(xiàn)把金

17、屬網(wǎng)罩接地,如圖乙，則驗(yàn)電器的箔片是否張開(kāi)?這些現(xiàn)象說(shuō)明了什么?,提示：(1)金屬網(wǎng)罩不帶電，罩內(nèi)小球帶正電，將驗(yàn)電器靠近金屬網(wǎng)罩，驗(yàn)電器箔片張開(kāi)。(2)把金屬網(wǎng)罩接地，則驗(yàn)電器箔片不張開(kāi)。(3)這些現(xiàn)象說(shuō)明網(wǎng)罩內(nèi)帶電體產(chǎn)生的電場(chǎng)能使外界受到影響；金屬網(wǎng)罩接地，內(nèi)部電場(chǎng)不影響外界。,【知識(shí)點(diǎn)撥】靜電屏蔽(1)金屬外殼不接地,則外表面會(huì)產(chǎn)生與內(nèi)部帶電體等量且同號(hào)的感應(yīng)電荷,此時(shí)感應(yīng)電荷的電場(chǎng)將對(duì)外界產(chǎn)生影響,這時(shí)金屬外殼只能對(duì)外電場(chǎng)屏

18、蔽,卻不能屏蔽內(nèi)部帶電體對(duì)外界的影響,所以叫外屏蔽。,(2)金屬外殼接地,即使內(nèi)部有帶電體存在,這時(shí)內(nèi)表面感應(yīng)的電荷與帶電體所帶的電荷的代數(shù)和為零,而外表面產(chǎn)生的感應(yīng)電荷通過(guò)接地線流入大地。外界對(duì)殼內(nèi)無(wú)法影響,內(nèi)部帶電體對(duì)外界的影響也隨之而消除,所以這種屏蔽叫做全屏蔽。(3)為了防止外界信號(hào)的干擾,靜電屏蔽被廣泛地應(yīng)用到科學(xué)技術(shù)工作中。例如，電子儀器設(shè)備外面的金屬罩,通訊電纜外面包的鉛皮等,都是用來(lái)防止外界電場(chǎng)干擾的屏蔽措施。,【探究

19、歸納】靜電屏蔽(1)不接地金屬殼可以屏蔽外電場(chǎng)，但不能屏蔽內(nèi)電場(chǎng)。(2)接地金屬殼內(nèi)、外電場(chǎng)均能屏蔽。(3)靜電屏蔽的本質(zhì)是靜電感應(yīng)。感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外電場(chǎng)在某點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為零。,【典例2】(2012·安慶高二檢測(cè))一個(gè)不帶電的空心金屬球，在它的球心處放一個(gè)正電荷，其電場(chǎng)分布是圖中的( ),【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)明確以下三點(diǎn)：(1)靜電感應(yīng)的規(guī)律。(2)靜電平衡狀態(tài)的特點(diǎn)。(3)電場(chǎng)線的分布規(guī)律。,【解析】選

20、B。根據(jù)靜電感應(yīng)，空心球的內(nèi)側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷，外表面帶正電荷，球殼內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，電場(chǎng)線中斷，根據(jù)電場(chǎng)線的特點(diǎn)可知B正確，A、C、D錯(cuò)誤。,【變式訓(xùn)練】如圖所示，帶電體Q靠近一個(gè)接地空腔導(dǎo)體，空腔里面無(wú)電荷。在靜電平衡后，下列物理量中等于零的是( )A.導(dǎo)體腔內(nèi)任意點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) B.導(dǎo)體腔內(nèi)任意點(diǎn)的電勢(shì)C.導(dǎo)體外表面的電荷量 D.導(dǎo)體空腔內(nèi)表面的電荷量【解析】選A、B、D。靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)

21、強(qiáng)處處為零，且內(nèi)表面不帶電，故選項(xiàng)A、D正確。由于導(dǎo)體接地，故整個(gè)導(dǎo)體的電勢(shì)為零，選項(xiàng)B正確。導(dǎo)體外表面受帶電體Q的影響，所帶電荷不為零，故選項(xiàng)C不正確。,【溫馨提示】靜電平衡狀態(tài)的特點(diǎn)、靜電平衡原理的應(yīng)用是該部分的重點(diǎn)，且該部分和實(shí)際聯(lián)系較為密切，學(xué)習(xí)中要注意結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行理解和把握。,【典例】(2012·南京高二檢測(cè))在下列各種措施中，目的是利用靜電作用的是( )A．電視機(jī)后蓋上開(kāi)有許多小孔B．在高大的建筑物頂端