静电现象的应用-课件(49张)

1．了解静电平衡的概念，掌握静电平衡的特征。2．了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点。3．了解尖端放电和静电屏蔽现象。[读教材·填要点]1．静电平衡状态下导体的电场(1)静电感应现象：放在电场中的导体其内部自由电荷在作用下定向移动，而使导体两端出现电荷的现象。电场力等量异号(2)静电平衡状态：导体中(包括表面)不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。(3)静电平衡状态下导体的特点：①处于静电平衡状态的导体，内部的处处为零。自由电子场强②处于静电平衡状态的整个导体是一个，它的表面是一个等势面。③表面处的场强不为零，表面处的场强方向跟导体表面。等势体垂直(4)导体上电荷的分布：①处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在。②在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)，凹陷的位置电荷。外表面上越大几乎无[关键一点]人与大地都是导体，在人触摸导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，地球往往是新导体的远端。2．尖端放电、静电屏蔽(1)尖端放电：①尖端放电：空气被电离后所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被而奔向尖端，与尖端上的电荷，相当于导体从尖端的现象。吸引中和失去电荷②应用和防止应用：是利用尖端放电避免雷击的一种设施。防止：高压设备中导体的会减少电能的损失。避雷针表面尽量光滑(2)静电屏蔽：①定义：当金属外壳达到静电平衡时，内部电场，因而金属的会对其内部起作用，使它内部不受影响的现象。②应用：电子仪器和电子设备外面都有，通信电缆外面包有一层，高压线路的检修人员要穿等，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。没有外壳屏蔽外部电场金属壳金属网屏蔽服[关键一点]绝缘球壳中没有自由电荷，当放入外电场时，不会发生静电感应现象，壳内场强也不会为零。即不能起到屏蔽外电场的作用。[试身手·夯基础]1.如图1－7－1所示，在真空中把一绝缘导体向带负电的小球P缓慢地靠近(不接触，且未发生放电现象)时，下列说法中正确的是()A．B端的感应电荷越来越多B．导体内场强越来越大图1－7－1C．导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强D．导体的感应电荷在M、N两点产生的场强相等解析：绝缘导体移近带负电的小球P时，导体中的自由电子受到带负电小球P产生的电场的作用力变大，使自由电子不断地向B端移动，导体两端的感应电荷不断增多，故选项A正确。由于导体缓慢移动，导体达到静电平衡状态是在很短的时间内完成的，带负电小球P产生的电场和导体上感应电荷的电场叠加的结果会使导体内部各处的合场强等于零，故选项B错误。M点距小球P的距离比N点要近，由E＝kQr2可知，带负电小球P在M点产生的场强大于在N点产生的场强，而导体内部的合场强处处为零，那么导体上的感应电荷在M点产生的附加电场的场强就大于在N点产生的附加电场的场强，故选项C正确，选项D错误。答案：AC2．关于避雷针，以下说法正确的是()A．避雷针避雷是中和云层的异种电荷B．避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地C．为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形D．避雷针安装在高大建筑物顶部，而不必接地解析：避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地，必须接到大地，故A、D项错，B项正确；导体尖端的电荷密度大，附近的电场很强，把避雷针顶端设计成球形不利于把云层中的离子吸引到尖端，故C项错误。答案：B3．在点电荷－Q的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中A点所激发的附加场强E′的方向在图1－7－2中正确的是()图1－7－2解析：在盘中A点激发的附加场强E′应与－Q在A点产生的场强等大反向，故A正确。答案：A1．概念如图1－7－3所示，金属导体中自由电子受到导体周围电场的电场力作用后向左移动，在右侧出现正电荷，导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场反向的电场，因与原来的电场反向，叠加的图1－7－3结果是使原电场强度逐渐减弱，直至导体内部各点的合电场强度等于零为止，此时F＝E内q＝0，导体内的自由电子不再发生定向移动，处于一个平衡状态，我们就说导体达到了静电平衡状态。2．条件内部电场处处为零，即E内＝0。由于静电感应，在导体两侧出现等量异种感应电荷，感应电荷在导体内部形成与电场E0反向的电场E′，在导体内任一点E′＝－E0，使得合电场强度E内＝0。[名师点睛]一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点。1.如图1－7－4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：图1－7－4(1)金属杆中点处的场强为多少？(2)金属杆上的感应电荷在杆中点P处产生的场强。[思路点拨]内部场强处处为零，因为是两个电场的叠加。[解析](1)金属杆处于静电平衡时内部场强处处为0，故金属杆中点处场强为0。(2)内部场强是两个场强的叠加，所以E感－E＝0E感＝E＝kqr＋L22，E感与E方向相反，E感的方向向左。[答案](1)0(2)kqr＋L22，方向向左感应电荷的电荷量不是已知，故不能直接求出感应电荷在某点的场强，故由静电平衡条件求解。1．导体内部不受外部电场的影响的情况图1－7－5(1)现象：由于静电感应，验电器箔片张开。如图1－7－5甲，将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图乙，即外部电场影响不到导体内部。(2)本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零。2．接地导体壳内部电场对壳外空间无影响情况图1－7－6(1)现象：①如图1－7－6甲导体壳没有接地时，处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。②导体壳接地后，如图1－7－6乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影响。(2)本质：仍然是静电感应，使导体内表面感应电荷与壳内电荷在导体壳表面以外空间叠加结果为零。[名师点睛]处于静电平衡的导体，内部场强为零，但电势不一定为零。2．将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图1－7－7所示。下列说法正确的有()图1－7－7A．A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向B．A的位置不变，B往右偏离竖直方向C．A往左偏离竖直方向，B的位置不变D．A和B的位置都不变[审题指导]求解此题应注意以下三点：(1)金属球壳(网)可使内部电荷不受外部电场影响。(2)不接地金属球壳(网)内的电荷对外部电荷有影响。(3)接地金属球壳(网)内的电荷对外部电荷无影响。[解析]球C对外界电场有静电屏蔽作用，使处于C内部的A球不受外界电场影响，所以A不偏移。但A在C的外表面感应出正电荷，也就是C不能屏蔽内部电荷向外激发电场，所以B将向右偏。[答案]B空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场，还是合电场作用的结果。1．(对应要点一)处于静电平衡中的导体，内部场强处处为零的原因是()A．导体内部无任何电场B．外电场不能进入导体内部C．所有感应电荷在导体内部产生的合场强为零D．外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为零解析：导体内部场强处处为零是由于感应电荷的电场与外电场叠加的结果，故D正确。答案：D2．(对应要点二)具有一定厚度的空心球壳的球心位置放置一正电荷，图1－7－8中画出了其空间电场的电场线分布情况，符合实际情况的是()图1－7－8解析：接地导体的内部电场不影响导体外部，导体外部的感应电荷都被排斥入地，在只有施感电荷和内壁的感应异种电荷的情况下，两部分电荷在导体外部任一点场强的叠加结果为零，A正确。处于静电平衡状态的导体内部(即导体球壳内部实体部分)场强处处为零，由于静电感应使球壳内表面带上了负电荷，外表面带上了正电荷，所以其空间电场的电场线分布情况应与D图相符合。D正确。答案：AD3．(对应要点二)如图1－7－9所示，绝缘金属球壳的空腔内有一带电小球，现在球壳左侧放一带电小球A，下列说法正确的是()A．A球对球壳内的电场不影响B．由于静电屏蔽，球壳内没有电场C．球壳内外表面均没有电荷D．由于球壳接地，空腔内的电场对外部也没有影响图1－7－9解析：由于金属球壳接地，对内外电场都有屏蔽作用，故A、D对，球壳外表面没有电荷，因为空腔内有带电体，所以空腔内有电场，内表面有感应电荷，故B、C错。答案：AD（1）静电平衡的特点：①导体内部场强处处为零。②导体是个等势体，表面是等势面。③导体表面上任何一点的电场线方向跟该点的表面垂直。④导体内部无净电荷，净电荷分布在导体表面。越尖的地方电荷越密。（2）静电平衡的原因：电场叠加。（3）静电屏蔽①导体外部电场不影响内部。②接地导体内部电场不影响外部。（4）尖端放电应用：避雷针。防止：高压设备导体表面光滑。