1、7静电现象的应用学习目标1.了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特性(重点) 2.了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点(难点) 3.了解尖端放电和静电屏蔽现象静电平衡状态下导体的电场先填空1静电感应现象把导体放入电场，导体内的自由电荷在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象2静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部各点的合电场等于零，导体内的自由电子不再发生移动的状态3静电平衡状态的特征(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，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直(3)处于静电
2、平衡状态的整个导体是个等势体，导体的表面为等势面4静电平衡导体上的电荷分布带电的导体内部没有电荷，电荷分布在导体的外表面且在导体表面越尖锐的位置，电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷再思考如图171所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内，小球带不带电？图171【提示】不带电小球放入金属空腔球壳内，平衡后，电荷只分布在金属空腔球壳的外表面后判断(1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零()(2)静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，导体的电势也为零()(3)因为外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场为0，所以处于静电平衡的导体内部电场处处为0.()尖端放电
3、和静电屏蔽先填空尖端放电静电屏蔽原理导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷.当金属外壳达到静电平衡时，内部没有电场，因而金属的外壳会对其内部起保护作用，使它内部不受外部电场的影响应用或防止应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失.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.再思考你知道家用电视机、收音机外壳的制作材料为何一般是塑料，而不用金属的主要原因吗？图172【提示】若用金属制作家用电视机、收音机外壳，用电器的金属壳子就形成静电屏蔽，电磁信号就难以被电视机、收音
4、机这类电磁波接收器接收，电视机、收音机就不能正常工作后判断(1)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地()(2)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开()(3)飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地()预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3问题4学生分组探究一对静电平衡的理解(深化理解)第1步探究分层设问，破解疑难1静电感应现象的实质是什么？2静电平衡的导体为何是等势体？第2步结论自我总结，素能培养1静电平衡的实质：金属导体放到场强为E0的电场中，金属中的自由电荷在电场力作用下定向移
5、动导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷，感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合场强减小当感应电荷继续增加，合场强逐渐减小，合场强为零时，自由电荷的定向移动停止2对静电平衡的三点理解(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动(2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的(3)导体达到静电平衡后内部场强处处为零是指外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E的合场强为零，EE.3静电平衡状态下的导体的电荷分布特点(1)净电荷都分布在导体的表面，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(3)净电荷在导体表
6、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第3步例证典例印证，思维深化长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为q的点电荷放在距棒左端R处，如图173所示当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点处产生的电场强度大小等于_，方向 _. 图173【思路点拨】(1)导体内合场强为零(2)点电荷电场强度Ek.【解析】导体棒在点电荷q产生的电场中发生静电感应，左端表面出现负电荷，右端表面出现正电荷棒内任何一点都有两个电场，即外电场(q在该点形成的电场E0)和附加电场(棒上感应电荷在该点形成的电场E)达到静电平衡时棒内的电场为0，即EE0.题中所求的即为E，于是我
7、们通过上述等式转化为求E0.棒的中点到q的距离为rR，于是EE0，E和E0的方向相反，即方向向左【答案】向左解决静电平衡问题思路(1)利用静电平衡的特点(2)分清静电平衡导体的三个场强：外电荷的场强E0，感应电荷的场强E，合场强EE0E0.第4步巧练精选习题，落实强化1如图174所示，在原来不带电的金属细杆ab附近P处，放置一个正点电荷，达到静电平衡后()Aa端的电势比b端的高Bb端的电势比d点的低Ca端的电势不一定比d点的低D杆内c处场强的方向由c指向b图174【解析】首先画出电场线(如图所示)，沿电场线方向电势降低，b点电势比d点低，B正确金属杆ab在静电平衡后是一个等势体，a点电势等于b
8、点电势，也比d点低，选项A、C均错误静电平衡后的导体内部场强为零，选项D错误【答案】B2如图所示，一个方形的金属盒原来不带电，现将一个带电荷量为Q的点电荷放在盒左边附近，达到静电平衡后，盒上的感应电荷在盒子内部产生的电场分布情况正确的是()【解析】金属盒内部由于处于静电平衡状态，因此内部每点的合电场强度都为0，即金属盒内的每一点，感应电荷产生的电场的电场强度都与点电荷Q在那点产生的电场的电场强度大小相等、方向相反，即感应电荷的电场线与点电荷Q的电场线重合，但方向相反. 【答案】C学生分组探究二静电屏蔽的两种情况(拓展延伸)第1步探究分层设问，破解疑难1什么材料的物体适合做静电屏蔽器？2为什么一
9、些精密电表的外壳是由金属材质做的？第2步结论自我总结，素能培养1.导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部图示实现过程因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡2.适合做屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体第3步例证典例印证，思维深化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
10、靠近，如图175所示，下列说法正确的有()AA往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向BA的位置不变，B往右偏离竖直方向CA往左偏离竖直方向，B的位置不变DA和B的位置都不变图175【思路点拨】A电荷是否偏转，取决于A电荷是否受电场力的作用，即取决于A电荷所在位置是否有电场【解析】带正电的小球A放在不带电的空心球C内，通过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电因此，金属空心球C和带电小球B带异种电荷，所以B受C球的吸引往右偏离竖直方向，而由于空心球C能屏蔽小球B所产生的外部电场，因此A球不受B球电场的影响，而保持竖直位置不变，选项B正确【答案】B静电屏蔽问题的分析方法静电屏蔽的本质是静电感应，从现
11、象上看为导体处于静电平衡态，因此，分析此类问题的依据是静电平衡的特点，另外再结合场强，电势以及电场线的概念和特点第4步巧练精选习题，落实强化3(多选)图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在哪些情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引()【解析】金属空腔不接地可屏蔽外部电场，接地可屏蔽内部电场【答案】AD4如图176所示，两个相同的空心金属球M和N，M带电荷量Q，N不带电(M、N相距很远，互不影响)，旁边各放一个不带电的金属球P和R，当将带正电Q的小球分别放入M和N的空腔中时()AP、R上均出现感应电荷BP、R上均没有感应电荷CP上有感应电荷而R上没有感应电荷DP上没有感应电荷
12、而R上有感应电荷图176【解析】当将带正电Q的小球放入M的空腔中时，由于静电感应，M的内表面带负电，而外表面带正电，其电荷量为Q，它与原来金属球M外表面所带的电荷Q正好中和，使外表面不带电这实际上是M所带电荷Q被吸引至内表面，所以金属球M外部不存在电场，不能使P产生静电感应，P上没有感应电荷当将带正电Q的小球放入原来不带电的金属球N的空腔中时，由于静电感应存在，N的内表面带负电荷，外表面带正电荷，N的外部有电场，使R产生静电感应，使左端带负电，右端带正电故选项D正确【答案】D静电感应现象中电荷移动方向的判断1静电感应现象中电荷移动的方向取决于所在区域的电场方向，电荷在电场力的作用下定向移动，直
13、至达到静电平衡某区域净电荷不为零，该区域的电荷不一定发生定向移动；某区域净电荷为零，该区域的电荷不一定不发生定向移动2产生静电感应现象时，若两个或几个物体通过导线相连，应将这几个物体看作一个整体进行分析这几个物体作为一个整体遵循静电平衡时场强、电势及电荷分布的特点图177(多选)如图177所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下列说法正确的是()AA、B两点场强相等，且都为零BA、B两点的场强不相等C感应电荷产生的附加场强大小是|EA|EB|D当电键K闭合时，电子从大地沿导线向导体移动【思路点拨】K断开时，枕形导体处于静电平衡，当K闭合时，枕形导体与大
14、地形成同一导体，处于静电平衡【解析】枕形导体处于静电平衡状态，其内部的A、B两点场强都为零，A对，B错由于A离正电荷较近，正电荷在A点产生的场强较大，故感应电荷在A点产生的附加场强也较大，C错电键K闭合时，电子从大地沿导线向导体定向移动，以中和枕形导体上的正电荷，最后使它显示负电性，D对【答案】AD先看名师指津求解此类问题时应当明确以下三点：(1)处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零，其实质是合场强为零(2)比较感应电荷产生的附加电场的大小、方向时，应以产生外加电场的电荷为研究对象(3)明确接地导体的远端是地球再演练应用如图178所示，空心导体上方有一靠近的带有正电的带电体当一个重力不计的正电荷以速度v水平飞入空心导体内时，电荷将做()A向上偏转的类平抛运动B向下偏转的类平抛运动C匀速直线运动D变速直线运动图178【解析】电荷如何运动，由电荷的受力决定，而电荷的重力不计，则只需考虑电荷是否受电场力根据电场中导体的特点，即可判断空心导体处在带正电的带电体附近，根据电场中导体的特点，空心导体起到了静电屏蔽的作用，使得内部电场强度为零，电荷不受电场力的作用，所以做匀速直线运动，C选项正确【答案】C