高二物理人教選修3-1第一章第7節(jié)《靜電現(xiàn)象的應(yīng)用》（新人教）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 1 靜電平衡狀態(tài) 處于電場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)外電場(chǎng)相互疊加 使導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)減弱 直至為零 導(dǎo)體內(nèi)部自由電子不再發(fā)生 的狀態(tài) 定向移動(dòng) 2 空氣的電離 導(dǎo)體尖端的電荷 很大 附近的電場(chǎng)很 空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下劇烈運(yùn)動(dòng)撞擊空氣中的氣體分子 從而使分子的正負(fù)電荷分離的現(xiàn) 象 密度 強(qiáng) 3 尖端放電 所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào) 的粒子 由于被吸引而奔向尖端 與尖端上的電荷 相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象 相反 中和 4 處于靜電平衡中的導(dǎo)體 內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零的原因是 C A 外電場(chǎng)不能進(jìn)入導(dǎo)體內(nèi)部B 所有感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)為零C 外電場(chǎng)和所有感應(yīng)電荷的電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的結(jié)果為零D 以上解釋都不正確 5 將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的固定的金屬空心球殼C內(nèi) 不和球壁接觸 另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的 B 帶負(fù)電的小球B 如圖1 7 1所示 于是有 A A往左偏離豎直方向 B往右偏離豎直方向B A的位置不變 B往右 圖1 7 1 偏離豎直方向C A往左偏離豎直方向 B的位置不變D A和B的位置都不變 知識(shí)點(diǎn)1靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)及其電荷的分布1 靜電感應(yīng) 1 如圖1 7 2 將金屬導(dǎo)體置于電場(chǎng)強(qiáng)度為E的電場(chǎng)中 導(dǎo)體內(nèi)的 在電場(chǎng)力的作用下 將發(fā)生 自由電子 定向移動(dòng) 圖1 7 2 2 如圖1 7 3 在導(dǎo)體兩端 積聚 電荷 即靜電感應(yīng)現(xiàn)象 等量異種 圖1 7 3 圖1 7 4 3 如圖1 7 4 感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)E 與原電場(chǎng) 只要內(nèi)部合場(chǎng)強(qiáng)不為零 自由電子就會(huì)繼 續(xù)做 疊加 定向移動(dòng) 2 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài) 1 如圖1 7 5 當(dāng)內(nèi)部合場(chǎng)強(qiáng)為 時(shí) 即E E 零 時(shí) 自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng) 圖1 7 5 圖1 7 6 2 如圖1 7 6 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 內(nèi)部的電場(chǎng)處 處為 零 3 討論 1 若靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不為零 會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象 2 若靜電平衡時(shí)導(dǎo)體不是等勢(shì)體 會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象 3 若靜電平衡時(shí)導(dǎo)體外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向 不與該點(diǎn)的表面垂直 會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象 4 研究靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)表面的電荷圖1 7 7 1 現(xiàn)象 圖1 7 7甲中 A的箔片 圖乙 中 A的箔片 張開 沒有張開 2 結(jié)論 靜電平衡時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)表面 填 有 或 沒有 電荷 沒有 1 靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn) 1 導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零 不為零則自由電子將繼續(xù)移動(dòng) 直至合場(chǎng)強(qiáng)為零 2 導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體 而且它的表面是個(gè)等勢(shì)面 3 導(dǎo)體外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表 面垂直 2 地球是一個(gè)極大的導(dǎo)體 可以認(rèn)為處于靜電平衡狀態(tài) 所以它是一個(gè)等勢(shì)體 這是我們常常把大地選做零電勢(shì)體的一個(gè)原因 3 導(dǎo)體上電荷的分布 1 導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷 電荷只分布在導(dǎo)體的外表面 2 在導(dǎo)體外表面 越尖銳的位置 電荷的密度 單位面積的 電荷量 越大 凹陷的位置幾乎沒有電荷 例1 雙選 如圖1 7 8所示 Q為帶負(fù)電的絕緣小球 AB為一原來(lái)不帶電的中性導(dǎo)體且放在Q附近 達(dá)到靜電平衡 狀態(tài)時(shí) 下列判斷正確的是 A A端的電勢(shì)高于B端的電勢(shì)B 以無(wú)限遠(yuǎn)處或大地為電勢(shì)零點(diǎn) 導(dǎo)體AB的電勢(shì)大于零C A B兩端電勢(shì)相等 D 導(dǎo)體內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)大小均為零 圖1 7 8 解析 達(dá)到靜電平衡的導(dǎo)體是等勢(shì)體 內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零 導(dǎo)體AB因感應(yīng)起電 左端A帶正電 右端B帶負(fù)電 電場(chǎng)線分布如圖1 7 9所示 因有電場(chǎng)線從無(wú)限遠(yuǎn)處到B端 從A端到Q 故導(dǎo)體AB的電勢(shì)小于零 高于Q 因?qū)wAB是等勢(shì)體 故電場(chǎng)線不可能從A出發(fā)到B終止 否則A端電勢(shì)將高于B端 圖1 7 9 答案 CD 觸類旁通 1 如圖1 7 10所示 在真空中把一絕緣導(dǎo)體AB向帶 負(fù)電小球P緩慢地靠近的過程中 下列說法不正確的是 A B端的感應(yīng)電荷越來(lái)越多B 導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)越來(lái)越大C 導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)恒大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng) 圖1 7 10 D 穩(wěn)定時(shí)導(dǎo)體中M N兩點(diǎn)的電勢(shì)相等 知識(shí)點(diǎn)2尖端放電 1752年7月在費(fèi)城一次雷雨天氣中 富蘭克林把風(fēng)箏放入空中 冒著極大的生命危險(xiǎn) 把 天電 引入了萊頓瓶 成功地證實(shí)了閃電的特性 1753年他在充分研究了 天電 特性并進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了尖端放電現(xiàn)象 從而發(fā)明了避雷針 這是人類在征服大自然的道路上邁出的具有重大意義的一步 圖1 7 11 討論 1 文中的 天電 就是我們?nèi)粘Ｋf的閃電 閃電是怎 樣產(chǎn)生的 當(dāng)雷雨云過境時(shí) 云的中下部是強(qiáng)大負(fù)電荷中心 云底相對(duì)的下墊面變成正電荷中心 于是在云底與地面間形成強(qiáng)電場(chǎng) 在地面凸出物如建筑物尖頂 樹木 山頂草 林木 巖石等尖端附近 等電勢(shì)面就會(huì)很密集 這里電場(chǎng)強(qiáng)度極大 空氣發(fā)生電離 因而形成從地表向大氣的尖端放電 這就是閃電的形成原因 2 尖端放電 所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào) 的粒子 由于被吸引而奔向尖端 與尖端上的電荷 相當(dāng) 于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象 相反 中和 3 避雷針 利用 避免雷擊的一種設(shè)施 尖端放電 1 空氣的電離 強(qiáng)電場(chǎng)使空氣分子中正負(fù)電荷分離的現(xiàn)象 2 尖端放電的過程 導(dǎo)體尖端的電荷密度大 尖端附近的電場(chǎng)強(qiáng) 空氣中殘留的帶電粒子劇烈運(yùn)動(dòng) 空氣電離 正負(fù)電荷奔向異種電荷 尖端失去電荷 尖端放電 3 避雷針的原理 當(dāng)帶電的雷雨云接近建筑物時(shí) 由于靜電感應(yīng) 建筑物會(huì)感應(yīng)上與云層相反的電荷 這些電荷會(huì)聚集到避雷針的尖端 通過尖端放電 這些電荷不斷向大氣釋放 中和空氣的電荷 達(dá)到避免雷擊的目的 例2 避雷針能夠避免建筑物被雷擊的原因是 A 云層中帶的電荷被避雷針通過導(dǎo)線導(dǎo)入大地B 避雷針的尖端向云層放電 中和了云層中的電荷C 云層與避雷針發(fā)生摩擦 避雷針上產(chǎn)生的電荷被導(dǎo)入大地D 以上說法都不對(duì) 解析 帶電荷的云層靠近避雷針時(shí) 在避雷針的尖端感應(yīng)出與云層相反的靜電 達(dá)到一定程度就向空中放電 中和云層中的電荷 從而避免遭受雷擊 所以只有B正確 答案 B 觸類旁通 2 通常情況下空氣是不導(dǎo)電的 但是當(dāng)在每米長(zhǎng)度的電壓達(dá)到6 0 105V時(shí) 空氣將被電離而發(fā)生放電現(xiàn)象 已知某次閃電的長(zhǎng)度為500m 發(fā)生閃電前瞬間兩云層之間的電壓大約為多少 解 因?yàn)殚W電時(shí) 每米長(zhǎng)度的電壓達(dá)到6 0 105V 所以 發(fā)生閃電前瞬間兩云層之間的電壓大約為U Ed 6 0 105V m 500m 3 0 108V 知識(shí)點(diǎn)3靜電屏蔽 法拉第籠 是一種用于演示等電勢(shì) 靜電屏蔽等原理的設(shè)備 它由籠體 高壓電源 電壓顯示器和控制部分組成 其籠體與大地連通 高壓電源將電流輸送到放電桿 根據(jù)接地導(dǎo)體靜電平衡的條件 籠體是一個(gè)等勢(shì)體 內(nèi)部電勢(shì)為零 電場(chǎng)為零 電荷分布在接近放電桿的外表面上 法拉第籠 還可以有效地隔絕籠體內(nèi)外的電場(chǎng)和電磁波干擾 這叫做 靜電屏蔽 2005年 兩位英國(guó)科學(xué)家在倫敦進(jìn)行了一次危險(xiǎn)的電力學(xué)表演 其中一名科學(xué)家把另一位科學(xué)家關(guān)進(jìn)一個(gè)名叫 法拉第籠 的特殊鐵籠子里 然后用數(shù)百萬(wàn)伏特的電流對(duì)其進(jìn)行電擊 鑒于表演的危險(xiǎn)性 兩名科學(xué)家事先都買好了價(jià)值1200萬(wàn)英鎊的保險(xiǎn) 圖1 7 12 討論 1 空腔導(dǎo)體的特點(diǎn) 空腔導(dǎo)體能把外電場(chǎng)擋住 空腔內(nèi) 填 有 或 沒有 電場(chǎng) 空腔內(nèi)不受 的 影響 沒有 外電場(chǎng) 2 靜電屏蔽 導(dǎo)體的外殼 金屬網(wǎng)罩 對(duì)它的 起到 保護(hù) 作用 使它的 不受 的影響 這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽 內(nèi)部 內(nèi)部 外電場(chǎng) 1 靜電屏蔽的兩種情況 1 金屬殼內(nèi)部空間不受外部電場(chǎng)的影響 如圖1 7 13甲所示 使帶電的金屬球靠近驗(yàn)電器 由于靜電感應(yīng) 驗(yàn)電器的箔片張開 這表明驗(yàn)電器受到了外電場(chǎng)的影響 如果事先用金屬網(wǎng)罩把驗(yàn)電器罩住 如圖乙所示 驗(yàn)電器的箔片就不張開 即使把驗(yàn)電器和金屬網(wǎng)罩連接起來(lái) 箔片也不張開 這表明金屬網(wǎng)罩能把外電場(chǎng)擋住 使罩內(nèi)儀器不受外電場(chǎng)影響 圖1 7 13 2 接地的封閉導(dǎo)體殼內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)殼外空間沒有影響 若一封閉的導(dǎo)體殼內(nèi)部空間某點(diǎn)有一點(diǎn)電荷 q 由于靜電感應(yīng) 導(dǎo)體殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷 其電場(chǎng)線如圖1 7 14甲所示 當(dāng)把導(dǎo)體殼接地后 q在殼內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)殼外空間就沒有影響了 如圖乙所示 圖1 7 14 2 靜電屏蔽的應(yīng)用 1 電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面的金屬罩 通訊電纜外面包的 一層鉛皮 可以防止電場(chǎng)的干擾 2 電力工人高壓帶電作業(yè) 全身穿著用金屬絲網(wǎng)制成的衣 帽 手套 鞋 可以對(duì)人體起到靜電屏蔽作用 使人安全作業(yè) 例3 如圖1 7 15所示 A為空心金屬球殼 B為金屬球 將另一帶正電的小球C從球殼A開口處放入球殼中央 不接觸球殼 然后用手摸一下球殼 再用手接觸一下B球 再 移走C球 則 A 球殼A帶負(fù)電 B球帶正電B 球殼A帶負(fù)電 B球不帶電C 球殼A和B球都帶負(fù)電 D 球殼A和B球都帶正電 圖1 7 15 解析 首先帶正電的小球C從球殼A開口處被放入球殼中央 根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象可知 球殼內(nèi)表面感應(yīng)出負(fù)電荷 外表面感應(yīng)出正電荷 手接觸球殼相當(dāng)于球殼接地 由地面上來(lái)的電子與球殼表面正電荷中和 使球殼外表面不帶電 球殼外表面電勢(shì)為零 此時(shí)球殼對(duì)外起靜電屏蔽作用 球殼內(nèi)的電場(chǎng)不影響外部 答案 B 觸類旁通 3 下列圖中 金屬殼放在光滑的絕緣水平墊上 不能起到 屏蔽外電場(chǎng)或內(nèi)電場(chǎng)作用的是 A B C D 解析 A圖中 由于金屬殼發(fā)生靜電感應(yīng) 內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零 金屬殼起到屏蔽外電場(chǎng)的作用 B圖中金屬殼同大地連為一體 同A一樣 外殼起到屏蔽外電場(chǎng)的作用 C圖中電荷會(huì)引起金屬殼內(nèi)外表面帶電 外表面電荷會(huì)在殼外空間中產(chǎn)生電場(chǎng) 即金屬殼不起屏蔽作用 D圖中 將金屬殼接地后 外表面不帶電 殼外不產(chǎn)生電場(chǎng) 金屬殼起屏蔽內(nèi)電場(chǎng)的作用 答案 C 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全