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- 2021-06-01 发布
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【知识与技能】
1、了解静电平衡的概念,知道处于静电平衡的导体的特征。
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
【过程与方法】
通过观察演示实验及对实验现象的分析,引导学生运用所学知识进行分析推理,培培养学生分析推理能力。
【情感态度与价值观】
体会生活中的静电现象,提高抽象思维水平,培养学生的理论联系实际能力、科学探索精神。
【教学重难点】
1、静电场中静电平衡状态下导体的特性;
2、运用电场有关知识,分析、推理出实验现象的成因
【教学过程】
★重难点一、静电平衡状态下导体的电场★
一、静电平衡状态下导体的电场
1.静电感应现象
如图所示,将一不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的电场中,导体内的自由电子在电场力的作用下,逆着电场线方向定向移动,使导体的一侧聚集负电荷,而导体另一侧却聚集等量的正电荷,这种现象就是静电感应现象.
2.静电平衡状态:
导体上(包括表面)处处无电荷定向移动的状态.
3.静电平衡状态导体的特征
(1)处于静电平衡状态的导体,内部的场强处处为零.
(2)处于静电平衡状态的导体,其外部的场强方向必跟该点的表面垂直.
(3)处于静电平衡状态的整个导体是个等势体,它的表面是个等势面.
二、对静电平衡及其特点的理解
1.静电平衡实质
(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。
(2)静电平衡的条件:导体内部的合场强为零,即E合=0
2. 静电平衡状,态的特点:
3.静电平衡导体的电荷分布特点
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感应电荷分布于导体两端,电性相反,电量相等,远同近异,如图甲所示:
③净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷分布密集,平滑处电荷分布稀疏,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示:
【特别提醒】
(1)不要认为达到静电平衡需要很长时间,其实金属导体建立静电平衡状态的时间只有几微秒,相当快.
(2)达到静电平衡后,自由电子没有定向移动而不是说导体内部的电荷不动,内部的电子仍在做无规则的运动.
(3)导体达到静电平衡后,内部场强处处为零是指原电场的电场强度E0与导体两端感应电荷产生的场强E′的合场强为零.
(4)应该注意静电感应与感应起电的区别和联系,感应起电是运用静电感应现象使物体起电的一种方法,而静电感应则是电场中导体两端暂时出现等量相反电荷的现象.
【典型例题】在点电荷-Q的电场中,一金属球处于静电平衡状态,A为球内一点,B为球外表面附近一点,则球上感应电荷在A点和B点所激发的附加场强EA′和EB′的方向在下图中最可能正确的是: ( )
【答案】C
【名师点睛】此题考查了静电平衡知识;要知道当圆盘达到静电平衡后,圆盘内各点的合场强为零,即感应电荷产生的电场强度与-Q产生的电场强度大小相等、方向相反。
【针对训练】如图所示,带正电的导体球A置于原来不带电的空腔导体球B内,a、c分别为导体A、B内的点,b为导体A和B之间的一点,下列说法正确的是: ( )
A.a、b、c三点的电势都相等
B.a点的场强为零,但电势最高
C.b点的场强为零,但电势大于零
D.a、b、c三点的场强都为零
【答案】B
【名师点睛】本题要注意:若A不接地,且A原来带电,金属球带电,通过感应M的电荷重新分布,当A外表面没有净电荷时,B上无感应电荷;当A外表面有净电荷时,B上有感应电荷
★重难点二、静电屏蔽★
1.实质
静电屏蔽实质是利用了静电感应现象,使金属壳内的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。
2.静电屏蔽的两种情况
(1)金属壳内部不受外部影响
如图: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,说明网罩内不受外电场的影响。
(2)接地的封闭导体壳,内部电场对外部没有影响
如一封闭的导体壳内部空间某点有一点电荷+q。由于静电感应,导体壳内外表面感应出等量的异种电荷。其电场线如图(甲)所示,当把导体壳接地后,+q在壳内的电场对壳外空间就没有影响了,如图(乙)所示。
3.静电屏蔽的应用和防止
(1)应用:为了防止外界信号的干扰,静电屏蔽被广泛地应用于科学技术工作中.许多电子仪器外面都套着金属罩;通讯电缆外面包着一层铅皮;高压带电作业人员穿金属网衣;又如电话线从高压线下经过,为了防止高压线对电话线的影响,在高压线与电话线之间装一金属网等,这些都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施.
(2)防止:静电屏蔽也可带来不利的影响.如通讯工具在钢筋结构建筑中接收信号较弱;宇宙飞船返回地球大气层时,与大气层的高速摩擦,在飞船周围形成一层等离子体,对飞船产生静电屏蔽作用,导致飞船和地面控制中心的通信联络暂时中断.
【特别提醒】
(1)接地的空腔导体,腔外电场对腔内空间不产生影响,腔内电场对腔外空间也不产生影响,即内外互不影响。
(2)空腔导体不接地,腔外电场对腔内空间不产生影响,腔内电场对腔外空间产生影响。
【典型例题】如图所示,用金属网把验电器罩起来,再使带电金属球靠近验电器,则下面关于验电器箔片的说法正确的是: ( )
A.箔片张开
B.箔片不张开
C.带电金属球电量足够大时才会张开
D.箔片张开的原因是金属网罩感应带电产生的电场
【答案】B
【名师点睛】
静电屏蔽在我们生活中有许多应用.例如,遇到雷雨天,行进中的汽车要关闭所有车窗,就算车体遭到雷击,车内人员通常也不会受伤.电视闭路线芯外通常包有一层金属网和锡纸,等等.所以我们要学会基本常识,提高我们的很生活质量.
【针对训练】请用学过的电学知识判断下列说法正确的是: ( )
A.电工穿绝缘衣比穿金属衣安全 B.小鸟停在高压输电线上会被电死
C.制作汽油桶的材料用金属比用塑料好 D.打雷时呆在汽车里比呆在木屋里要危险
【答案】C
【名师点睛】此题考查了静电知识在生活中的应用问题;解题时要掌握住基本的知识,对于生活中的一些现象要能够用所学的知识来解释。