靜電現(xiàn)象的應(yīng)用.ppt

1、導(dǎo)入新課,帶電作業(yè)的工人在強(qiáng)電壓下工作,這是他們 的工作服,鳥(niǎo)籠的鳥(niǎo)安然無(wú)恙,為什么？,第一章 靜電場(chǎng),1.7 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用,教學(xué)目標(biāo),1. 知識(shí)與能力, 在外加電場(chǎng)的作用下，知道導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡過(guò)程中自由電子的移動(dòng)情況，會(huì)對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行分析。 理解靜電平衡的概念知道靜電平衡后導(dǎo)體上的電荷分布情況。 知道避雷針的整體構(gòu)造。 知道尖端放電的概念。,2.過(guò)程與方法, 通過(guò)實(shí)驗(yàn)理解靜電平衡后導(dǎo)體上電荷的分布，并能對(duì)不規(guī)則物體的電荷分布進(jìn)行分析。 通過(guò)靜電感應(yīng)實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)分析電荷的變化情況。,3.情感態(tài)度與價(jià)值觀, 靜電平衡、靜電屏蔽、尖端放電等都是我們生活中常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，會(huì)分析這些現(xiàn)象，并能將物理知

2、識(shí)運(yùn)用到生活中。,教學(xué)重難點(diǎn),教學(xué)重點(diǎn)：,教學(xué)難點(diǎn)：,靜電平衡整個(gè)過(guò)程的分析 導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡之后電荷的分布情況,靜電屏蔽的應(yīng)用,一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng),二、導(dǎo)體上電荷的分布,三、尖端放電,內(nèi)容解析,四、靜電屏蔽,一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng),把一個(gè)不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD放到場(chǎng)強(qiáng)為E0的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)的電子受到庫(kù)倫力的作用，將向著與電場(chǎng)相反的方向移動(dòng)。這樣，在導(dǎo)體的AB面上將出現(xiàn)負(fù)電荷，在CD面上將出現(xiàn)正電荷。這就是前面研究過(guò)的靜電感應(yīng)現(xiàn)象。,導(dǎo)體正負(fù)電荷和分開(kāi)后在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生于外部電場(chǎng)E0方向相反的電場(chǎng)E1，它的電場(chǎng)線用虛線表示。在達(dá)到靜電平衡狀態(tài)前，可以通過(guò)圖示表示感應(yīng)電場(chǎng)E1

3、的變化。,由于E0E1,電場(chǎng)方向向右，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子繼續(xù)由CD面向AB面運(yùn)動(dòng)。直到E1繼續(xù)增大。,只要導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)不為零，自由電子就會(huì)繼續(xù)做定向移動(dòng)，導(dǎo)體內(nèi)部的電荷就會(huì)繼續(xù)增加，導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)會(huì)進(jìn)一步虛弱，直到導(dǎo)體內(nèi)合場(chǎng)強(qiáng)為零,E0=E1 。,處于靜電屏蔽狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零。,當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的電荷不在發(fā)生移動(dòng)。這是我們說(shuō)導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)。,靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特點(diǎn)：,二、導(dǎo)體上電荷的分布,一個(gè)導(dǎo)體不論原來(lái)是否帶電，放入電場(chǎng)之后，都會(huì)由于靜電感應(yīng)而在導(dǎo)體的不同部位出現(xiàn)不同電荷。,如圖所示，取兩個(gè)驗(yàn)電器A和B，在B上裝一個(gè)幾乎封閉的空心金屬筒C，使B和C帶電，A不帶電

4、。,D是帶有絕緣柄的金屬小球。使D跟C的外部接觸；這樣操作若干次，觀察A箔片的變化情況。,重復(fù)上述操作，不過(guò)這一次讓D在C的內(nèi)表面與A之間反復(fù)接觸，觀察A的箔片變化。,觀察現(xiàn)象：,D接觸C的外表面時(shí)，A箔片張開(kāi)；D接觸C的內(nèi)表面時(shí)，A箔片不張開(kāi)。,靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體上的電荷分布有以下兩個(gè)特點(diǎn)：,（1）導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的表面。 這是因?yàn)榧偃鐚?dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷，導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)就不可能為零，自由電荷就會(huì)發(fā)生移動(dòng)，導(dǎo)體也就沒(méi)有處于靜電平衡狀態(tài)。 （2）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(méi)有電荷。,這兩種現(xiàn)象都可以用同種電荷相互排斥來(lái)解釋。,靜電平衡下，導(dǎo)體上的電荷分

5、布：,歸納,三、尖端放電,導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，發(fā)生強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正負(fù)電荷分離。這個(gè)現(xiàn)象叫做空氣的電離。,中性的分子電離后變成帶負(fù)電的自由電子和失去電子而帶正電的離子。這些帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷。這個(gè)現(xiàn)象叫尖端放電。,避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施。它是一個(gè)或幾個(gè)尖銳的金屬棒，安裝在建筑物的頂端，用粗導(dǎo)線與埋在地下的

6、金屬板連接，保持與大地的良好接觸。當(dāng)帶的雷雨云接近建筑物時(shí)，由于靜電感應(yīng)，金屬棒出現(xiàn)于云層相反的電荷。通過(guò)尖端放電，這些電荷不斷向大氣釋放，中和空氣中的電荷，達(dá)到避免雷擊的目的。,尖銳的金屬棒,粗導(dǎo)線,金屬板,避雷針的構(gòu)造及原理：,尖端放電會(huì)導(dǎo)致高壓設(shè)備上電能的損失，所以高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面應(yīng)該盡量光滑。夜間高壓線上會(huì)出現(xiàn)一層綠色光暈，俗稱電暈，這是一種微弱的尖端放電現(xiàn)象。,現(xiàn)代的避雷針往往具有很多組金屬棒，做成蒲公英花的形狀來(lái)增強(qiáng)避雷的效果。,四、靜電屏蔽,靜電感應(yīng)中，我們研究的是靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體。若導(dǎo)體是空心的呢？,導(dǎo)體中的自由電子由于受到外加電場(chǎng)的作用，會(huì)沿與電場(chǎng)線相反的方向運(yùn)動(dòng)。,直到自

7、由電子運(yùn)動(dòng)到圓環(huán)左側(cè)，其積累的電荷量產(chǎn)生的電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度相等,即達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。,達(dá)到靜電平衡后，帶空腔的內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，電荷分布在導(dǎo)體的外表面，導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)電荷分布，即導(dǎo)體殼內(nèi)空腔里的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。也就是說(shuō)無(wú)論導(dǎo)體是什么樣 的，導(dǎo)體內(nèi)部都不會(huì)有場(chǎng)強(qiáng)。,由于靜電感應(yīng)，當(dāng)驗(yàn)電器接近帶點(diǎn)的金屬球時(shí)，驗(yàn)電器的金屬箔會(huì)張開(kāi)。但是驗(yàn)電器外側(cè)有金屬罩時(shí)，驗(yàn)電器的張角并未發(fā)生變化。,觀察,以下兩種情況下驗(yàn)電器張角的變化情況：,一個(gè)不接地的金屬網(wǎng)罩（或金屬包皮）能把外電場(chǎng)遮住，使內(nèi)部不受外電場(chǎng)影響，這就是靜電外屏蔽。一個(gè)接地的金屬網(wǎng)罩能同時(shí)把內(nèi)外電場(chǎng)遮住，使內(nèi)部不受外電場(chǎng)影響，外部不受內(nèi)電場(chǎng)影響，這

8、叫做靜電全屏蔽。,由此可以推倒出靜電屏蔽的概念：,把一個(gè)實(shí)心導(dǎo)體挖空，變成一個(gè)導(dǎo)體殼，在靜電平衡狀態(tài)下，殼內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。這樣，導(dǎo)體殼就可以保護(hù)它所包圍的區(qū)域，使這個(gè)區(qū)域不受外部電場(chǎng)的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。,空腔導(dǎo)體接地時(shí)，在空腔導(dǎo)體的靜電荷形成的電場(chǎng)。,靜電荷處于空腔導(dǎo)體中形成的電場(chǎng)。,常用的包裝帶表面有一層金屬箔膜也是用來(lái)保護(hù)產(chǎn)品。,生活中靜電屏蔽的應(yīng)用：,高壓作業(yè)的工人工作服可以保護(hù)工人不受外部高電壓的影響。,課堂小結(jié),將導(dǎo)體放在外加電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受到電場(chǎng)力的作用，會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)最終使導(dǎo)體的正負(fù)電荷分開(kāi)，在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與外加電場(chǎng)等大反向的電場(chǎng)，這兩個(gè)電場(chǎng)疊加，使導(dǎo)體

9、內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零 。這種現(xiàn)象叫做靜電平衡。,一、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng),靜電平衡的概念：,處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，其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。處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體，它的表面是個(gè)等勢(shì)面。,靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特點(diǎn)：,靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體上的電荷分布有以下兩個(gè)特點(diǎn)：,二、導(dǎo)體上電荷的分布,導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的表面。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(méi)有電荷。,中性的分子電離后變成帶負(fù)電的自由電子和失去電子而帶正電的離子。這些帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使

10、它們進(jìn)一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷。這個(gè)現(xiàn)象叫尖端放電。,三、尖端放電,四、靜電屏蔽,把一個(gè)實(shí)心導(dǎo)體挖空，變成一個(gè)導(dǎo)體殼，在靜電平衡狀態(tài)下，殼內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。這樣，導(dǎo)體殼就可以保護(hù)它所包圍的區(qū)域，使這個(gè)區(qū)域不受外部電場(chǎng)的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。,課堂練習(xí),【答案】 B球殼內(nèi)壁負(fù)電荷，外表面正電荷； 內(nèi)表面負(fù)電荷，外表面正電荷減少； A球不帶電，B外表面帶正電荷。,2.帶正電的底座絕緣導(dǎo)體球殼P周圍放有四個(gè)原來(lái)不帶電的小球，位置如圖所示，當(dāng)系統(tǒng)處于靜待你平衡時(shí)：（ ）。,A.a

11、球帶負(fù)電，由于處于待正電的金屬球電場(chǎng)中，所以電勢(shì)為正； B.b球帶負(fù)電，電勢(shì)為零； C.由于C球用導(dǎo)線與P球內(nèi)表面相連，所以C球部帶電，但電勢(shì)與P球相等； D.d球帶正電，電勢(shì)為零。,B,3. 如圖所示，為空腔導(dǎo)體，現(xiàn)將一個(gè)帶正電的小金屬球A放入腔內(nèi)，靜電平衡時(shí)，圖中a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E和電勢(shì)U的關(guān)系是 _。,A.空腔導(dǎo)體殼層內(nèi)（圖中劃線部分）各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零，外表面的場(chǎng)強(qiáng)也為零； B.空腔導(dǎo)體殼層里面的各點(diǎn)電勢(shì)相等，且高于外表面各點(diǎn)的電勢(shì)而低于內(nèi)表面各點(diǎn)電勢(shì)； C.當(dāng)把空腔導(dǎo)體內(nèi)的外表面接地時(shí)，如果把另一個(gè)帶正電的物體在殼外向B移近時(shí)，需要克服電場(chǎng)力做功； D.當(dāng)把空腔導(dǎo)體的外表面接地時(shí)，殼層的內(nèi)表面場(chǎng)強(qiáng)不為零，電勢(shì)為零。,4.如圖所示，帶正電的小球A放在空腔導(dǎo)體B內(nèi)，靜電平衡時(shí)，以下說(shuō)法正確的是（ ）。,D,5.如圖所示，在厚金屬板M附近放置一個(gè)負(fù)電荷Q，比較圖中a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)Ea、Eb、EC大小的關(guān)系_。,教材習(xí)題答案,（3）如果用導(dǎo)線的一段接觸球的左側(cè)，另一端接觸球的右側(cè)，導(dǎo)線不可能把球兩側(cè)的電荷中和，因?yàn)榻饘偾蚴莻€(gè)等勢(shì)體，導(dǎo)線鏈接的電勢(shì)相等的兩個(gè)點(diǎn)，電荷在這兩點(diǎn)間不會(huì)移動(dòng)，就像用水管連接澳督相等的兩個(gè)裝水容器，誰(shuí)不會(huì)再水管內(nèi)流動(dòng)一樣。,2.答：,3.答：點(diǎn)火器的放電電極做成針狀是利用尖端放電