2019-2020学年高中物理第1章静电场第7节静电现象的应用课件 人教版选修3-1 36页

第 7 节　静电现象的应用 1 ．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． 课前教材预案 要点一　静电平衡状态下导体的电场 自由电子 2 ． 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． (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 ___________. (4) 导体上的电荷只分布在导体的 _____________ ，并且在导体表面越尖锐的位置，电荷 ___________ 越大． 场强 等势体 垂直 外表面上 密度 1 ．尖端放电：导体尖端的电荷密度很大，附近的 ___________ 很强，使周围中性空气分子电离，变成带电粒子，这些带电粒子在强电场的加速下，会使更多的空气分子电离，产生大量的 _____________ ，与导体尖端的电荷符号相反的粒子被 ___________ 到尖端，跟尖端上的电荷 ___________ ，这相当于尖端 ___________ 电荷，这种现象叫做尖端放电． 要点二　静电现象的应用 电场 带电粒子 吸引 中和 失去 2 ．静电屏蔽：导体处于静电平衡时，内部场强处处为零，表现为电中性，若导体是空腔的，空腔部分的 ___________ 也处处为零，无论导体外部的电场是什么样的，电场都不会 ___________ 导体内部，金属壳的这种作用叫做静电屏蔽． 场强 影响 思考： 为什么安装了防盗网的室内手机信号不好，没安防盗网的室内手机信号好？ 若把手机放入金属网罩中，金属网罩对手机信号起到屏蔽作用，安装防盗网对手机信号有一定影响，故安装了防盗网的室内手机信号不如没安防盗网的室内手机信号好． 1 ． 静电平衡的实质 (1) 在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合场强减小，随着感应电荷的继续增加，合场强逐渐减小，直至合场强为零，自由电荷的定向移动停止． 课堂深度拓展 考点一　对静电平衡状态的理解 (2) 静电平衡时：导体内存在两个电场：外电场 E 0 和感应电荷在导体内部产生的附加电场 E ′ ，在导体内部各位置 ，附加电场 E ′ 与外电场 E 0 方向相反、大小相等，导体内各位置的合场强为零，自由电荷所受合力为零． (3) 当外电场、导体在电场中的位置或导体的形状发生变化时，自由电荷还要继续定向移动，直到再次达到平衡，因此静电平衡也是一个动态平衡． 2 ． 对孤立带电导体的理解 对一孤立带电导体，可视为导体处于自己所带电荷的电场中，达到静电平衡时，也有两个基本特点：一是导体内部的场强处处为零，二是导体所带电荷只能分布在导体的外表面上．这种情况下导体内部场强为零的本质是：导体表面所带全部电荷在内部任一处产生的电场强度的矢量和为零． 3 ． 静电平衡状态下导体上电荷的分布特点 (1) 内、外表面分布不同，电荷都分布在外表面，导体内部没有净电荷． (2) 在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷． (3)“ 远近端”电荷的电性相反，电荷量相等． ① 如图甲所示，处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，即“远同近异”． ② 如图乙所示，当把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看作是一个大导体，有些问题中所提到的“用手触摸某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体． 求解感应电荷的电场 【例题 1 】 如图所示，两个不带电的导体 A 和 B ，用一对绝缘柱支持使它们彼此接触．把一带正电荷的物体 C 置于 A 附近，贴在 A 、 B 下部的金属箔都张开，则 ( 　　 ) A ．此时 A 带正电， B 带负电 B ．此时 A 电势低， B 电势高 C ．移去 C ，贴在 A 、 B 下部的金属箔都闭合 D ．先把 A 和 B 分开，然后移去 C ，贴在 A 、 B 下部的金属箔都闭合 思维导引： 不要误以为因 B 带正电， B 的电势就高，实际上电场中的导体是一个等势体， A 、 B 电势相等． 答案 C 解析 由于静电感应， A 带负电， B 带等量正电，若移去 C ， A ， B 所带等量正负电荷中和，金属箔闭合，选项 C 正确， A 错误；处于电场中的导体是等势体，选项 B 错误；若先把 A 、 B 分开，然后移去 C ， A 、 B 所带电荷就不能中和，金属箔不再闭合，选项 D 错误． D 　 1 ． 静电屏蔽的实质 静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零而已． 考点二　静电屏蔽 2 ． 静电屏蔽的两种情况 (1) 导体外部的电场影响不到导体内部 静电屏蔽的本质是静电感应，导体外面的电场不影响导体内部，是因为外电场与导体表面的感应电荷在导体内部任一点的场强叠加后合场强为零． 如图甲所示，把验电器靠近带电体，箔片会张开，但如果把验电器置于金属网罩内，再靠近带电体，箔片不再张开，如图乙所示，说明网罩内不受外电场的影响． (2) 接地导体的内部电场影响不到导体外部 接地导体的内部电场不影响导体外部，是因为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感应出的异种电荷的情况下，两部分电荷在导体外部任何一点的场强叠加后合场强为零． 一封闭的导体球壳内部空间有一点电荷＋ q ，由于静电感应，导体球壳内外表面感应出等量的异种电荷，其电场线分布如图甲所示；当把导体球壳接地后，＋ q 在壳内的电场对外部空间就没有影响了，此时的电场线分布如图乙所示． (1) 分析静电屏蔽问题时首先要分清外壳是否接地． (2) 实际应用中金属外壳不必严格完全封闭，用金属网罩代替金属壳体也能起到屏蔽作用． 【例题 2 】 ( 多选 ) 如图所示，一个不带电的导体球 N 置于空心导体球 M 附近，现将另一个带电荷量为 Q 的金属球放于空腔导体 M 内，则 ( 　　 ) A ．若 M 接地， N 上无感应电荷 B ．若 M 不接地，且 M 原来不带电， N 上无感应电荷 C ．若 M 不接地，且 M 原来不带电， N 上有感应电荷 D ．若 M 不接地，且 M 原来带电， N 上一定有感应电荷 思维导引： M 接地，起到屏蔽作用，只有 M 内有电场， N 上没有感应电荷；若 M 不带电，也不接地，在 M 内外都有发散电场． 答案 AC 解析 (1) 若 M 接地，分析 N 上带电情况 (2) 若 M 不接地 ① M 原来不带电，分析 N 上带电情况 ② M 原来带电，分析 N 上带电情况 【变式 2 】 如图所示，把原来不带电的金属壳 B 的外表面接地，将一带正电的小球 A 从小孔中放入球壳内，但不与 B 发生接触，达到静电平衡后，则 ( 　　 ) A ． B 的空腔内电场强度为零 B ． B 不带电 C ． B 的外表面带正电 D ． B 的内表面带负电 D 　 解析 因为金属壳的外表面接地，所以外表面没有感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于 A 带正电， B 的内表面带负电，选项 D 正确， B 、 C 错误； B 的空腔内有带正电的小球 A 产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，所以空腔内电场强度不为零，选项 A 错误． 1 ．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 ′ 的方向在图中正确的是 ( 　　 ) 课末随堂演练 A 　 解析 不易直接判断感应电荷在 A 点产生的场强的方向，可转换为－ Q 在 A 点产生的场强的方向，利用 E 合 ＝ 0 ，判断感应场强的方向，因此在盘中 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，选项 A 正确． D 　 3 ． 如图所示是检验带电体 A ( 上表面 ) 、 B ( 尖端 ) 处带电情况的实验装置．则 ( 　　 ) A ．带电体 A 处比 B 处电荷密集 B ．带电体 B 处比 A 处电荷密集 C ．验电器的 C 处做成球形是为了美观需要 D ．验电器的 C 处做成球形是为了让更多电荷分布在 C 处 B 　 解析 电荷在导体表面的分布是不均匀的，根据尖端放电原理可知，在导体外表面越尖锐的位置，单位面积上分布的电荷量越多，所以带电体 B 处比 A 处电荷密集，故选项 A 错误， B 正确；验电器的 C 处做成球形是为了使更多的电荷分布在比较尖的金属箔片上，故选项 C 、 D 错误． 4 ． 如图所示，一厚度不计的金属圆桶带电荷总量为 Q ＝＋ 4×10 － 6 C ． (1) 此时，金属桶内、外表面带电荷量分别为多少？ (2) 如果用丝线在桶内悬挂一带电荷量 q ＝－ 2×10 － 6 C 的小球，桶内、外表面带电荷量分别为多少？ (3) 若桶内金属小球与内表面接触一下，桶内、外表面带电荷量分别为多少？ (4) 若小球悬挂时，用手接触一下桶外表面，然后再将小球从桶中取出，则金属桶内、外表面带电荷量又为多少？ 解析 (1) q 内 ＝ 0 ， q 外 ＝＋ 4 × 10 － 6 C ． (2) q 内 ＝＋ 2 × 10 － 6 C ， q 外 ＝＋ 2 × 10 － 6 C ． (3) q 内 ＝ 0 ， q 外 ＝＋ 2 × 10 － 6 C ． (4) q 内 ＝ 0 ， q 外 ＝＋ 2 × 10 － 6 C ． 答案 见解析