高中物理人教版1第三章磁場 2023版第1章7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用

7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.了解靜電平衡的概念，知道處于靜電平衡的導(dǎo)體的特性．(重點(diǎn))2．了解靜電平衡時(shí)帶電導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn)．(難點(diǎn))3．了解尖端放電和靜電屏蔽現(xiàn)象.靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場eq\o([先填空])1．靜電感應(yīng)現(xiàn)象把導(dǎo)體放入電場，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷在電場力作用下定向移動(dòng)，而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷的現(xiàn)象．2．靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體在電場中發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象，感應(yīng)電荷的電場與原電場疊加，使導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的合電場等于零，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生移動(dòng)的狀態(tài)．3．靜電平衡狀態(tài)的特征(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的場強(qiáng)處處為零．(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，外部表面附近任何一點(diǎn)的場強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面垂直．(3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢體，導(dǎo)體的表面為等勢面．4．靜電平衡導(dǎo)體上的電荷分布帶電的導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，電荷分布在導(dǎo)體的外表面．且在導(dǎo)體表面越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷．eq\o([再判斷])1．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的電勢差為零．(√)2．靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零，導(dǎo)體的電勢也為零．(×)3．因?yàn)橥怆妶龊退懈袘?yīng)電荷的電場在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的合電場為0，所以處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場處處為0.(√)eq\o([后思考])如圖1-7-1所示，把一個(gè)帶正電的小球放入原來不帶電的金屬空腔球殼內(nèi)，小球帶不帶電？圖1-7-1【提示】不帶電．小球放入金屬空腔球殼內(nèi)，平衡后，電荷只分布在金屬空腔球殼的外表面．eq\o([合作探討])如圖1-7-2所示，將一個(gè)不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動(dòng)．圖1-7-2探討1：自由電子將向哪個(gè)方向移動(dòng)？試說明導(dǎo)體左、右兩側(cè)各呈現(xiàn)什么電荷．【提示】自由電子受向左的電場力，向左運(yùn)動(dòng)，左側(cè)呈現(xiàn)負(fù)電荷，右側(cè)呈現(xiàn)正電荷．探討2：自由電子能否一直運(yùn)動(dòng)？為什么？【提示】自由電子不會(huì)一直運(yùn)動(dòng)．因?yàn)楦袘?yīng)電荷的電場和外加電場反向，阻礙電子的定向移動(dòng)，當(dāng)這兩個(gè)電場大小相等時(shí)，電子將停止定向移動(dòng)．eq\o([核心點(diǎn)擊])1．對靜電平衡的三點(diǎn)理解(1)靜電平衡是自由電荷發(fā)生定向移動(dòng)的結(jié)果，達(dá)到靜電平衡時(shí)，自由電荷不再發(fā)生定向移動(dòng)．(2)金屬導(dǎo)體建立靜電平衡的時(shí)間是非常短暫的．(3)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡后內(nèi)部場強(qiáng)處處為零是指外電場E與導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場E′的合場強(qiáng)為零，E′＝－E.2．處于靜電平衡時(shí)的導(dǎo)體上的電荷分布特點(diǎn)(1)凈電荷只分布在導(dǎo)體表面，內(nèi)部沒有凈電荷．(2)感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反，電量相等，近異遠(yuǎn)同，如圖1-7-3甲所示．(3)凈電荷在導(dǎo)體表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖乙所示．圖1-7-31．如圖所示，一個(gè)方形的金屬盒原來不帶電，現(xiàn)將一個(gè)帶電荷量為＋Q的點(diǎn)電荷放在盒左邊附近，達(dá)到靜電平衡后，盒上的感應(yīng)電荷在盒子內(nèi)部產(chǎn)生的電場分布情況正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：34522023】【解析】金屬盒內(nèi)部由于處于靜電平衡狀態(tài)，因此內(nèi)部每點(diǎn)的合電場強(qiáng)度都為0，即金屬盒內(nèi)的每一點(diǎn)，感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場的電場強(qiáng)度都與點(diǎn)電荷＋Q在那點(diǎn)產(chǎn)生的電場的電場強(qiáng)度大小相等、方向相反，即感應(yīng)電荷的電場線與點(diǎn)電荷＋Q的電場線重合，但方向相反.【答案】C2.(多選)如圖1-7-4所示，在真空中把一絕緣導(dǎo)體AB向帶負(fù)電的小球P緩慢地靠近(不相接觸)時(shí)，下列說法中正確的是()圖1-7-4A．B端的感應(yīng)電荷越來越多B．導(dǎo)體內(nèi)部電場強(qiáng)度越來越大C．導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度D．導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在M、N兩點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度相等【解析】絕緣導(dǎo)體移近帶負(fù)電的小球P時(shí)，導(dǎo)體中的自由電子受到帶負(fù)電小球P產(chǎn)生的電場的作用力變大，使自由電子不斷地向B端移動(dòng)，AB兩端的感應(yīng)電荷不斷增多，故選項(xiàng)A正確．由于導(dǎo)體AB是緩慢移動(dòng)，導(dǎo)體處于靜電平衡是在很短的時(shí)間內(nèi)完成的，緩慢移動(dòng)過程中的各個(gè)狀態(tài)帶負(fù)電小球P產(chǎn)生的電場和導(dǎo)體AB上感應(yīng)電荷的電場疊加的結(jié)果均會(huì)使導(dǎo)體內(nèi)部各處的合電場強(qiáng)度總等于零，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤．M點(diǎn)距小球P的距離比N點(diǎn)要近，由E＝keq\f(Q,r2)可知，帶負(fù)電小球P在M點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度．而導(dǎo)體內(nèi)部的合電場強(qiáng)度處處為零，那么導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在M點(diǎn)產(chǎn)生的附加電場的電場強(qiáng)度就大于在N點(diǎn)產(chǎn)生的附加電場的電場強(qiáng)度，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．【答案】AC對靜電平衡問題的兩點(diǎn)提醒：1一個(gè)孤立的帶電體，處于靜電平衡時(shí)電荷只能分布在外表面.2凈電荷是指導(dǎo)體內(nèi)未被中和抵消的剩余電荷，感應(yīng)電荷是指由于靜電感應(yīng)而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)的等量異種電荷.尖端放電和靜電屏蔽eq\o([先填空])1．電離：導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的場強(qiáng)很強(qiáng)，空氣中的帶電粒子劇烈運(yùn)動(dòng)，使空氣分子被撞“散”而使正、負(fù)電荷分離的現(xiàn)象．2．尖端放電：導(dǎo)體尖端的強(qiáng)電場使附近的空氣電離，電離后的異種離子與尖端的電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象．3．靜電屏蔽：靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體殼內(nèi)空腔里的電場處處為0，外電場對殼內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生影響．4．尖端放電和靜電屏蔽的應(yīng)用、防止(1)尖端放電①應(yīng)用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施．②防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量光滑，減少電能的損失．(2)靜電屏蔽的應(yīng)用①電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面會(huì)有金屬罩，通訊電纜外面包一層鉛皮，可以防止外電場的干擾．②電工高壓帶電作業(yè)時(shí)，穿戴金屬絲網(wǎng)制成的衣、帽、手套、鞋子，可以對人體起到靜電屏蔽作用，使人安全作業(yè)．eq\o([再判斷])1．避雷針能避免建筑物被雷擊是因?yàn)樵茖又袔У碾姾杀槐芾揍樛ㄟ^導(dǎo)線導(dǎo)入大地．(×)2．用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，則驗(yàn)電器箔片能張開．(×)3．飛機(jī)輪上裝有拖地線，油罐車后面拖條鐵鏈都是把靜電導(dǎo)入大地．(√)eq\o([后思考])為什么安裝了防盜網(wǎng)的室內(nèi)手機(jī)信號不好，沒安防盜網(wǎng)的室內(nèi)手機(jī)信號好？【提示】若把手機(jī)放入金屬網(wǎng)罩中，金屬網(wǎng)罩對手機(jī)信號起到屏蔽作用，安裝防盜網(wǎng)對手機(jī)信號有一定影響．故安裝了防盜網(wǎng)的室內(nèi)手機(jī)信號不如沒安防盜網(wǎng)的室內(nèi)手機(jī)信號好．eq\o([合作探討])如圖1-7-5所示，為帶有高電壓的法拉第籠，籠內(nèi)站有幾名同學(xué)．圖1-7-5探討1：法拉第籠內(nèi)各處的電場強(qiáng)度是多大？【提示】處處為零．探討2：為什么在帶高電壓的籠內(nèi)的人安然無恙？【提示】法拉第籠外殼是金屬，能起屏蔽作用，所以在帶高電壓的籠內(nèi)的人安然無恙．eq\o([核心點(diǎn)擊])靜電屏蔽的兩種情況屏蔽外電場屏蔽內(nèi)電場圖示實(shí)現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場強(qiáng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡3．如圖所示，金屬殼放在光滑的絕緣水平墊上，不能起到屏蔽外電場或內(nèi)電場作用的是()【解析】A圖中，由于金屬殼發(fā)生靜電感應(yīng)，內(nèi)部場強(qiáng)為零，金屬殼起到屏蔽外電場的作用；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的作用；C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，即金屬殼不起屏蔽作用；D中將金屬殼接地后，外表面不帶電，殼外不產(chǎn)生電場，金屬殼起屏蔽內(nèi)電場的作用．【答案】C4．將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)(不和球壁接觸)，另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近，如圖1-7-6所示．下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：34522023】圖1-7-6A．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【解析】球C對外界電場有靜電屏蔽作用，使處于C內(nèi)部的A球不受外界電場影響，所以A不偏移；但A在C的外表面感應(yīng)出正電荷，也就是C不能屏蔽內(nèi)部電荷向外激發(fā)電場，所以B將向右偏，B正確．【答案】