人教版物理必修第三册第9章《静电场及其应用》第4节《静电的防止与利用》教学设计Word格式文档下载.docx
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知识点一静电均衡状态、导体上电荷的散布
[观图助学]
(1)
(2)如下图,当一个带电体凑近不带电导体时,因为导体内
的自由电子遇到静电力的作用,将向着与电场相反的方向定
向挪动,进而使导体两头出现等量异种电荷,这就是前面学习的静电感觉现象。
①这类定向挪动是无休止的吗?
②电荷的挪动对导体内部的电场有影响吗?
1.静电感觉现象:
把导体放入电场中,导体内部的自由电荷在静电力作用下定向
挪动,而使导体两头出现等量异种电荷的现象。
2.静电均衡状态
导体中(包含表面)自由电子不再发生定向挪动,我们就以为导体达到了静电均衡
状态。
3.静电均衡状态下导体的特色
(1)处于静电均衡状态的导体,内部电场强度到处为零。
(2)表面处的电场强度不为零,方向跟导体表面垂直。
4.导体上电荷的散布
(1)处于静电均衡状态的导体,内部没有电荷,电荷只散布在导体的表面面。
(2)在导体表面,越尖利的地点,电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大,凹陷的
地点几乎没有电荷。
[思虑判断]
(1)处于静电均衡状态的导体,表面处的电场强度不为零,方向跟导体表面可能
垂直,可能平行,也可能成随意夹角。
(×
)
(2)因为外电场和全部感觉电荷的电场在导体内部叠加的合电场强度为0,所以处
于静电均衡的导体内部电场强度到处为0。
(√)
知识点二尖端放电、静电障蔽和静电吸附
(1)避雷针的作用是什么(如图甲所示)?
(2)飞机在云层与云层之间飞翔或腾飞、着陆时都有可能遭受雷击(如图乙所示)。
可是当飞机遭受雷击时,电流能够从雷电云达到飞机头部,纵向流过机身外壳,
最后从机尾腾空打到地上或从此中一机翼打过另一机翼,横向流过机身,但不论
如何,闪电都只会沿着飞机外壳流过,而不会进入机内对乘客造成损害,你知道
这是为何吗?
甲乙
1.空气的电离:
导体尖端电荷密度很大,邻近的电场很强,强电场作用下的带电粒子强烈运动,使分子中的正负电荷分别的现象。
2.尖端放电:
与导体尖端异号的粒子,因为被吸引,而与尖端上电荷中和,相当
于导体从尖端失掉电荷的现象。
尖端放电的应用与防备:
(1)应用:
避雷针是利用尖端放电防止雷击的一种设备。
(2)防备:
高压设备中导体的表面尽量圆滑会减少电能的损失。
3.静电障蔽:
金属壳(网)内电场强度保持为0,外电场对壳(网)内的仪器不会产生
影响的作用叫作静电障蔽。
静电障蔽的应用:
电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地
相连。
4.静电吸附:
静电固然会有危害,但也能够利用。
在电场中,带电粒子遇到静电
力的作用,向着电极运动,最后会被吸附在电极上。
这一原理在生产技术上被广
泛应用。
应用实例:
静电除尘、静电喷漆、静电复印、静电植绒等。
(1)避雷针能防止建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针经过导线导入大
地。
(2)用金属网把验电器罩起来,再使带电金属球凑近验电器,则验电器箔片能张
开。
(3)飞机轮上装有拖地线,油罐车后边拖条铁链都是把静电导入大地。
(√)
静电感觉的因果关系
当小球经过导线分别与带电空腔连结时,如下图,不论如何连结,连结后小球
和带电空腔都会成为一个整体,小球成了这个整体的外面,故小球都会带电。
一般的电子打火装置、避雷针、工业烟囱除尘的装置利用的都是尖端放电的原理。
静电障蔽的实质是利用了静电感觉现象,使金属壳内感觉电荷的电场和外加电场
矢量和为零,仿佛是金属壳将外电场“挡”在外面,即所谓的障蔽作用,实质上是
壳内两种电场并存,矢量和为零。
核心重点对静电均衡的理解
[察看研究]
如下图,不带电的金属导体放到电场中,导体内的自由电子将
发生定向挪动,使导体两头出现等量异号电荷。
请思虑以下问题:
(1)自由电子定向挪动的原由是什么?
定向挪动的方向如何?
(2)自由电子可否向来定向挪动?
为何?
答案
(1)自由电子受外加电场的静电力作用而挪动,向着与电场相反的方向定
向挪动。
(2)不可以。
感觉电荷产生的电场与外加电场反向,阻挡电子的定向挪动,当这两
个电场大小相等时,电子的定向挪动停止。
[研究概括]
1.静电均衡实质
(1)在达到静电均衡的过程中,外电场惹起导体内自由电荷的定向挪动使导体两
侧出现感觉电荷,感觉电荷的电场和外电场方向相反,使合场强减小,跟着感觉
电荷的持续增添,合场强渐渐减小,直至合场强为零,自由电荷的定向挪动停止。
(2)静电均衡的条件:
导体内部的合场强为零,即E合=0。
2.静电均衡状态的特色
(1)处于静电均衡状态下的导体的特色
①导体内部某处感觉电荷产生的场强E′与四周原电场场强E大小相等,方向相
反,二者互相抵消,导体内部到处合场强E合为零,但导体表面的电场强度不为
零。
②电场线与导体表面垂直。
(2)静电均衡状态下的导体的电荷散布特色
①净电荷都散布在导体的表面面,导体内部没有净电荷。
②感觉电荷散布于导体两头,电性相反,电荷量相等,远同近异,如图甲所示。
③净电荷在导体表面散布不平均,导体表面尖利处电荷散布密集,光滑处电荷散布稀少,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示。
[试题事例][例1]长为
l的导体棒本来不带电,现将一带电荷量为+
q的点电荷放在距棒左
端R处,如下图。
当棒达到静电均衡后,棒上的感觉电荷在棒内中点生的电场强度大小等于________,方向为________。
P处产
分析导体棒在点电荷+q的电场中发生静电感觉,左端出现负电荷,右端出现
正电荷,棒中随意一点都受两个电场的影响,即外电场(+q在该点形成的电场
E)和附带电场(棒上感觉电荷在该点形成的电场
E′),达到静电均衡状态时E′=-
kq
4kq
E
。
题中所求的即为
E′,E′=-E=-
l
2
=-
(2R+l)2,负号代表E′
(R+2)
和E0方向相反,即方向向左。
答案(2R+l)2向左
方法凝练
求处于静电均衡状态的导体的感觉电荷产生的场强的方法
(1)先求出外电场场强E外的大小和方向。
(2)因为导体处于静电均衡状态,则知足静电均衡条件
E合=。
(3)由E外+E感=0,求出感觉电场E感的大小和方向。
[针对训练1]在真空中有两个点电荷A和B,电荷量分别为-Q
和+2Q,相距为2l,假如在两个点电荷连线的中点
O有一个半径为
r(r?
l)的空心金属球,且球心位于O点,如下图,则球壳上的感觉电荷在
O处
的场强的大小为多少?
方向如何?
分析依据电场的叠加和静电均衡,球心O处的合场强为0,即感觉电荷的电场
Q
强度与A、B两点电荷在O地方产生的合场强等大、反向,即E感=EA+EB=kl2
2Q
+kl2
=
3kQ
l2,A、B在O
处产生的场强方向向左,所以
E感向右。
答案l2方向向右
核心重点静电障蔽
1.
(1)电梯是什么材质的,可否被当作是金属容器?
(2)王明刚搬了新家,可每次进入电梯里手机总打不通,这是为何?
答案
(1)电梯是用不锈钢板做成的,能够当作金属容器。
(2)电梯能够当作金属容器,起到了障蔽作用。
2.在如下图的实验中,验电器的金属箔片能张开吗?
答案A中不会张开,金属网能够障蔽外电场;
B中会张开,因为金属网未接地,网内的带电体能够对外界产生影响;
C中不会张开,因为金属网已接地,网内的带电体对网外无影响,网外的带电体对网内也无影响。
静电障蔽的两种状况
类型导体外面电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外面
图示
因场源电荷产生的电场与导体
当空腔外面接地时,表面面的感觉电
实现球壳表面上感觉电荷在空腔内
荷因接地将传给地球,外面电场消逝,
过程的合场强为零,达到静电均衡状
起到障蔽内电场的作用
态,起到障蔽外电场的作用
最后
导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外面不受内部电荷影响
结论
静电感觉与静电均衡,所以做静电障蔽的资料只好是导体,不可以是绝缘
实质
体
[试题事例]
[例2]将悬挂在细线上的带正电的小球
A放在不带电的金属球壳
C内(不睦球壳
内壁接触
),还有一个悬挂在细线上的带负电的小球
B向
C凑近,如下图,则
(
A.A往左偏离竖直方向,B往右偏离竖直方向
B.A的地点不变,B往右偏离竖直方向
C.A往左偏离竖直方向,B的地点不变
D.A和B的地点都不变
分析不接地的空腔导体能够障蔽外界电场,接地的空腔导体能够障蔽内部电
场,该题中带正电的小球A放在不带电的空心球壳C内,经过静电感觉,空心
球外壳带正电,内壁带负电。
因为金属空心球壳
C的外壳和带电小球
B带异种
电荷,所以
B受
C球壳的吸引往右偏离竖直方向。
而因为空心球壳
C能障蔽小
球B所产生的外面电场,使小球A不受外电场的作用,所以A的地点不变,故
选项B正确。
答案B
[针对训练2]如下图,A为空心金属球,B为金属球,A、B原
来不带电,将另一带正电荷的小球C从A球张口处放入A球中央,
不接触A球,而后用手接触一下A球,再用手接触一下B球,再移走C球,则()
A.A球带负电荷,B球带正电荷
B.A球带负电荷,B球不带电
C.A、B两球都带负电荷
D.A、B两球都带正电荷
分析第一带正电荷的小球C从A球张口处放入A球中央。
依据静电感觉现象
可知,A球内表面带负电荷,表面面带正电荷。
用手接触A相当于把A接地,由
大地传导过来的电子与A球表面面正电荷中和,使A球表面面不带电,此时A
球对外起静电障蔽作用,A
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