高中物理选修3-1-静电现象的应用-PPT.ppt

高中物理选修3-1-静电现象的应用静电感应现象静电感应现象静电感应现象静电感应现象导体导体导体导体1 1容易导电的物体叫导体容易导电的物体叫导体容易导电的物体叫导体容易导电的物体叫导体问题问题问题问题1 1 导体有什么特征？导体有什么特征？导体有什么特征？导体有什么特征？导体中存在大量自由电荷导体中存在大量自由电荷导体中存在大量自由电荷导体中存在大量自由电荷问题问题问题问题2 2 常见导体有哪些？举例说明。常见导体有哪些？举例说明。常见导体有哪些？举例说明。常见导体有哪些？举例说明。金属、石墨、人体、大地、金属、石墨、人体、大地、金属、石墨、人体、大地、金属、石墨、人体、大地、酸碱盐溶液酸碱盐溶液酸碱盐溶液酸碱盐溶液问题问题问题问题3 3 不带电导体放入电场中，其中的不带电导体放入电场中，其中的不带电导体放入电场中，其中的不带电导体放入电场中，其中的 自由电荷有什么特点？自由电荷有什么特点？自由电荷有什么特点？自由电荷有什么特点？静电感应现象静电感应现象静电感应现象静电感应现象2 2放入电场中的导体，其放入电场中的导体，其放入电场中的导体，其放入电场中的导体，其内部的自由电子在电场内部的自由电子在电场内部的自由电子在电场内部的自由电子在电场力的作用下向电场的反力的作用下向电场的反力的作用下向电场的反力的作用下向电场的反方向作定向移动，致使方向作定向移动，致使方向作定向移动，致使方向作定向移动，致使导体的两端分别出现等导体的两端分别出现等导体的两端分别出现等导体的两端分别出现等量的正、负电荷。这种量的正、负电荷。这种量的正、负电荷。这种量的正、负电荷。这种现象叫静电感应现象。现象叫静电感应现象。现象叫静电感应现象。现象叫静电感应现象。近异远同近异远同近异远同近异远同感应电荷：静电感应现象中，导体不感应电荷：静电感应现象中，导体不感应电荷：静电感应现象中，导体不感应电荷：静电感应现象中，导体不 同部分出现的净电荷。同部分出现的净电荷。同部分出现的净电荷。同部分出现的净电荷。净净练一练练一练练一练练一练如图所示，如图所示，如图所示，如图所示，Q Q 是一个绝缘金是一个绝缘金是一个绝缘金是一个绝缘金属导体，把一个带正电的绝属导体，把一个带正电的绝属导体，把一个带正电的绝属导体，把一个带正电的绝缘金属球缘金属球缘金属球缘金属球 P P 移近移近移近移近 Q Q，由于静电感应，由于静电感应，由于静电感应，由于静电感应，A A、B B 端出现感应电荷的数值分别为端出现感应电荷的数值分别为端出现感应电荷的数值分别为端出现感应电荷的数值分别为 q qA A、q qB B，正，正，正，正确的是确的是确的是确的是 （）A.A.用手接触一下用手接触一下用手接触一下用手接触一下 Q Q 的的的的 A A 端，端，端，端，拿走拿走拿走拿走 P P 后后后后 Q Q 带正电带正电带正电带正电B.B.用手接触一下用手接触一下用手接触一下用手接触一下 Q Q 的的的的 B B 端，端，端，端，拿走拿走拿走拿走 P P 后后后后 Q Q 带负电带负电带负电带负电C.C.导体导体导体导体Q Q上，上，上，上，q qA A q qB BD.D.导体导体导体导体Q Q上，上，上，上，q qA A=q=qB B+P PQ QA AB BBDBD静电平衡状态下导体的电场静电平衡状态下导体的电场静电平衡状态下导体的电场静电平衡状态下导体的电场静电场中导体内电场分布静电场中导体内电场分布静电场中导体内电场分布静电场中导体内电场分布1 1问题问题问题问题1 1 1 1 金属导体的微观结构如何？金属导体的微观结构如何？金属导体的微观结构如何？金属导体的微观结构如何？问题问题问题问题2 2 2 2 导体处于电场中时，自由电子导体处于电场中时，自由电子导体处于电场中时，自由电子导体处于电场中时，自由电子 会怎样移动会怎样移动会怎样移动会怎样移动?问题问题问题问题3 3 3 3 自由电子会在什么地方积聚自由电子会在什么地方积聚自由电子会在什么地方积聚自由电子会在什么地方积聚?问题问题问题问题4 4 4 4 电子积聚会出现怎样的结果电子积聚会出现怎样的结果电子积聚会出现怎样的结果电子积聚会出现怎样的结果?问题问题问题问题5 5 5 5 最终出现什么现象最终出现什么现象最终出现什么现象最终出现什么现象?对于放入电场中的导体，思考下列问题对于放入电场中的导体，思考下列问题对于放入电场中的导体，思考下列问题对于放入电场中的导体，思考下列问题上述过程可以用三处状态图描述上述过程可以用三处状态图描述上述过程可以用三处状态图描述上述过程可以用三处状态图描述自由电荷在电自由电荷在电自由电荷在电自由电荷在电场力作用下移动场力作用下移动场力作用下移动场力作用下移动感应电荷感应电荷感应电荷感应电荷建立电场建立电场建立电场建立电场感应电荷电感应电荷电感应电荷电感应电荷电场与原电场场与原电场场与原电场场与原电场叠加叠加叠加叠加静电平衡静电平衡静电平衡静电平衡2 2电场中导体内（包括表面上）自由电场中导体内（包括表面上）自由电场中导体内（包括表面上）自由电场中导体内（包括表面上）自由电荷不再发生定向移动的状态叫做电荷不再发生定向移动的状态叫做电荷不再发生定向移动的状态叫做电荷不再发生定向移动的状态叫做静电平衡状态静电平衡状态静电平衡状态静电平衡状态静电平衡导体的特性静电平衡导体的特性静电平衡导体的特性静电平衡导体的特性3 3uu 导体内部场强处处为零导体内部场强处处为零导体内部场强处处为零导体内部场强处处为零uu 导体是等势体导体是等势体导体是等势体导体是等势体,表面为等势面表面为等势面表面为等势面表面为等势面uu 导体外部表面附近场强方向与该点导体外部表面附近场强方向与该点导体外部表面附近场强方向与该点导体外部表面附近场强方向与该点 的表面垂直的表面垂直的表面垂直的表面垂直例例例例1 1 如图一个原来不带电的半径为如图一个原来不带电的半径为如图一个原来不带电的半径为如图一个原来不带电的半径为 r r 的空心金的空心金的空心金的空心金属球放在绝缘支架上，右侧放置一个电荷量为属球放在绝缘支架上，右侧放置一个电荷量为属球放在绝缘支架上，右侧放置一个电荷量为属球放在绝缘支架上，右侧放置一个电荷量为 +Q Q 的点电荷，点电荷距金属球表面的最近距的点电荷，点电荷距金属球表面的最近距的点电荷，点电荷距金属球表面的最近距的点电荷，点电荷距金属球表面的最近距离为离为离为离为 2 2r r。(1)(1)标出金属球在静电平衡后左右两侧带电符标出金属球在静电平衡后左右两侧带电符标出金属球在静电平衡后左右两侧带电符标出金属球在静电平衡后左右两侧带电符号。号。号。号。(2)(2)由于静电感应而在金属球上出现了电荷，由于静电感应而在金属球上出现了电荷，由于静电感应而在金属球上出现了电荷，由于静电感应而在金属球上出现了电荷，它们也在空间激发电场。这些感应电荷在球心它们也在空间激发电场。这些感应电荷在球心它们也在空间激发电场。这些感应电荷在球心它们也在空间激发电场。这些感应电荷在球心激发的电场强度大小等于多少？方向如何？激发的电场强度大小等于多少？方向如何？激发的电场强度大小等于多少？方向如何？激发的电场强度大小等于多少？方向如何？(3)(3)如果用导线的一端接触球的左侧，另一端如果用导线的一端接触球的左侧，另一端如果用导线的一端接触球的左侧，另一端如果用导线的一端接触球的左侧，另一端接触球的右侧，导线是否能将球两侧的电荷中接触球的右侧，导线是否能将球两侧的电荷中接触球的右侧，导线是否能将球两侧的电荷中接触球的右侧，导线是否能将球两侧的电荷中和？为什么？和？为什么？和？为什么？和？为什么？大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静2 2r rr r+Q Q(1)(1)如图如图如图如图-+(2)(2)E E感感感感 =k k Q Q 9 9r r2 2方向沿球心方向沿球心方向沿球心方向沿球心 O O 与与与与 +Q Q 连线，指向连线，指向连线，指向连线，指向+Q Q(3)(3)不会出现中和现象不会出现中和现象不会出现中和现象不会出现中和现象 因为金属球是等势体，左右两侧电势因为金属球是等势体，左右两侧电势因为金属球是等势体，左右两侧电势因为金属球是等势体，左右两侧电势相等，电荷不会在这两间移动。相等，电荷不会在这两间移动。相等，电荷不会在这两间移动。相等，电荷不会在这两间移动。例例例例2 2 如图所示，在真空中把一个导体向带负如图所示，在真空中把一个导体向带负如图所示，在真空中把一个导体向带负如图所示，在真空中把一个导体向带负电的小球慢慢靠近（不接触）的过程中，电的小球慢慢靠近（不接触）的过程中，电的小球慢慢靠近（不接触）的过程中，电的小球慢慢靠近（不接触）的过程中，下列说法中正确的是下列说法中正确的是下列说法中正确的是下列说法中正确的是 （）A.A.B B 端的感应电荷越来越多端的感应电荷越来越多端的感应电荷越来越多端的感应电荷越来越多B.B.导体内的电场强度越来越大导体内的电场强度越来越大导体内的电场强度越来越大导体内的电场强度越来越大C.C.导体的感应电荷在导体的感应电荷在导体的感应电荷在导体的感应电荷在 MM 点产生的场强恒大点产生的场强恒大点产生的场强恒大点产生的场强恒大 于在于在于在于在 N N 点产生的场强点产生的场强点产生的场强点产生的场强D.D.感应电荷在感应电荷在感应电荷在感应电荷在 MM、N N 两点产生的场强相等两点产生的场强相等两点产生的场强相等两点产生的场强相等Q QMMN NA AB B-ACAC导体上电荷分布导体上电荷分布导体上电荷分布导体上电荷分布法拉弟圆桶实验法拉弟圆桶实验法拉弟圆桶实验法拉弟圆桶实验1 1u现象现象:甲甲:A:A的箔片张角逐渐增大的箔片张角逐渐增大乙乙:A:A的箔片始终没有张开的箔片始终没有张开uu结论结论结论结论:导体内部没有电荷导体内部没有电荷导体内部没有电荷导体内部没有电荷,电荷分电荷分电荷分电荷分布在导体的外表面布在导体的外表面布在导体的外表面布在导体的外表面u现象现象:从从C 处取电荷时，处取电荷时，验电器张大验电器张大uu结论结论结论结论:导体表面越尖锐的位置导体表面越尖锐的位置导体表面越尖锐的位置导体表面越尖锐的位置电荷越密集电荷越密集电荷越密集电荷越密集,凹陷的位凹陷的位凹陷的位凹陷的位置几乎没有电荷置几乎没有电荷置几乎没有电荷置几乎没有电荷静电平衡时，超导体上电荷分布规律静电平衡时，超导体上电荷分布规律静电平衡时，超导体上电荷分布规律静电平衡时，超导体上电荷分布规律2 2uu 导体内部无净电荷，电荷只分布导体内部无净电荷，电荷只分布导体内部无净电荷，电荷只分布导体内部无净电荷，电荷只分布 在导体的外表面在导体的外表面在导体的外表面在导体的外表面uu 在超导体表面，越尖锐的位置，在超导体表面，越尖锐的位置，在超导体表面，越尖锐的位置，在超导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积上的电电荷的密度（单位面积上的电电荷的密度（单位面积上的电电荷的密度（单位面积上的电 荷量）越大，荷量）越大，荷量）越大，荷量）越大，凹陷位置几乎没凹陷位置几乎没凹陷位置几乎没凹陷位置几乎没 有电荷。有电荷。有电荷。有电荷。尖端放电尖端放电尖端放电尖端放电3 3导体尖端电荷密度大导体尖端电荷密度大空气中残留带电粒子剧烈运动空气中残留带电粒子剧烈运动正负电荷奔向异种电荷正负电荷奔向异种电荷尖端周围电场强尖端周围电场强尖端失去电荷尖端失去电荷尖端放电尖端放电空气电离空气电离应用应用应用应用:避雷针避雷针避雷针避雷针带电雷雨云带电雷雨云带电雷雨云带电雷雨云接接接接 近近近近避雷针避雷针避雷针避雷针静静静静电电电电金属棒出现与金属棒出现与金属棒出现与金属棒出现与云层相反电荷云层相反电荷云层相反电荷云层相反电荷感感感感应应应应尖尖尖尖端端端端放放放放电电电电向大气放电中向大气放电中向大气放电中向大气放电中和空气中电荷和空气中电荷和空气中电荷和空气中电荷现象现象现象现象:电晕电晕电晕电晕尖端放电会导致高压设备上电能损尖端放电会导致高压设备上电能损尖端放电会导致高压设备上电能损尖端放电会导致高压设备上电能损失，所以高压电器设备中导体表面失，所以高压电器设备中导体表面失，所以高压电器设备中导体表面失，所以高压电器设备中导体表面应该尽量做得光滑一些。应该尽量做得光滑一些。应该尽量做得光滑一些。应该尽量做得光滑一些。夜间高压电线周围有时会现出一层夜间高压电线周围有时会现出一层夜间高压电线周围有时会现出一层夜间高压电线周围有时会现出一层绿色光晕绿色光晕绿色光晕绿色光晕 电晕。电晕。电晕。电晕。原因：微弱的尖端放电现象原因：微弱的尖端放电现象原因：微弱的尖端放电现象原因：微弱的尖端放电现象例例3 一个带绝缘座的空心金属球一个带绝缘座的空心金属球 A 带有带有4108 C的正电荷，的正电荷，有绝缘柄的金属小球有绝缘柄的金属小球B带有带有 2108 C的负电荷，使的负电荷，使 B 球和球和A球的内壁接触，如图球的内壁接触，如图 所示，则所示，则 A、B 各带电量为各带电量为 ()A.QA=108 C;QB=108 C B.QA=2108 C;QB=0 C.QA=0;QB=2108 C D.QA=4108 C;QB=2108 CB B静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽现象静电屏蔽现象静电屏蔽现象静电屏蔽现象1 1静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽2 2空腔导体或金属网罩可以把外部电空腔导体或金属网罩可以把外部电空腔导体或金属网罩可以把外部电空腔导体或金属网罩可以把外部电场遮住，使其不受外电场的影响。场遮住，使其不受外电场的影响。场遮住，使其不受外电场的影响。场遮住，使其不受外电场的影响。+-+E E=0=0静电屏蔽的两种情况静电屏蔽的两种情况静电屏蔽的两种情况静电屏蔽的两种情况3 3uu 导体内腔不受外界影响导体内腔不受外界影响导体内腔不受外界影响导体内腔不受外界影响uu 接地导体空腔外部不受接地导体空腔外部不受接地导体空腔外部不受接地导体空腔外部不受 内部电荷影响内部电荷影响内部电荷影响内部电荷影响+-E E =0=0E E =0=0E E =0=0E E =0=0静电屏蔽的本质静电屏蔽的本质静电屏蔽的本质静电屏蔽的本质4 4静电屏蔽形成的本质静电屏蔽形成的本质 静电感应与静电平衡静电感应与静电平衡静电屏蔽的应用静电屏蔽的应用静电屏蔽的应用静电屏蔽的应用5 5uu 电学仪器和电子设备外面金属罩电学仪器和电子设备外面金属罩电学仪器和电子设备外面金属罩电学仪器和电子设备外面金属罩 通讯电缆外层金属套通讯电缆外层金属套通讯电缆外层金属套通讯电缆外层金属套uu 电力工人高压带电作业，全身穿电力工人高压带电作业，全身穿电力工人高压带电作业，全身穿电力工人高压带电作业，全身穿 戴金属丝网制成的衣、帽、手套、戴金属丝网制成的衣、帽、手套、戴金属丝网制成的衣、帽、手套、戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋鞋鞋鞋例例例例4 4 把一个带正电的小球把一个带正电的小球把一个带正电的小球把一个带正电的小球 A A，放入带绝缘支架，放入带绝缘支架，放入带绝缘支架，放入带绝缘支架的不带电的空心球壳的不带电的空心球壳的不带电的空心球壳的不带电的空心球壳 B B 内，但不与内，但不与内，但不与内，但不与 B B 的内壁的内壁的内壁的内壁接触，如图所示。达到静电平衡后，下列说法接触，如图所示。达到静电平衡后，下列说法接触，如图所示。达到静电平衡后，下列说法接触，如图所示。达到静电平衡后，下列说法中正确的中正确的中正确的中正确的 （）A.A.球壳球壳球壳球壳 B B 内空腔处场强为零内空腔处场强为零内空腔处场强为零内空腔处场强为零B.B.球壳球壳球壳球壳 B B 外部空间的场强为零外部空间的场强为零外部空间的场强为零外部空间的场强为零C.C.球壳球壳球壳球壳 B B 内表面上无感应电荷内表面上无感应电荷内表面上无感应电荷内表面上无感应电荷D.D.若将球壳若将球壳若将球壳若将球壳 B B 接地，则球壳带负电接地，则球壳带负电接地，则球壳带负电接地，则球壳带负电+B BA AD D