物理选修人教新标静电现象的应用概要PPT课件.ppt

1静电现象的应用2目标概览目标概览学习目标：学习目标：1.1.知道静电感应产生的原因，知道什知道静电感应产生的原因，知道什么是静电平衡状态么是静电平衡状态2 2知道静电平衡的导体内部场强处处为零知道静电平衡的导体内部场强处处为零3 3知道静电屏蔽及应用知道静电屏蔽及应用重点难点：重点难点：1.1.重点：处于静电平衡状态的导体特重点：处于静电平衡状态的导体特点点2 2难点：静电平衡的原因难点：静电平衡的原因学法指导：利用电荷只受电场力会发生运动及场学法指导：利用电荷只受电场力会发生运动及场强叠加的特点，理解静电平衡的特点强叠加的特点，理解静电平衡的特点3 第第四四节节静静电电屏屏蔽蔽课堂互动讲练课堂互动讲练随堂达标自测随堂达标自测课时活页训练课时活页训练基础知识梳理基础知识梳理核心要点突破核心要点突破4基础知识梳理基础知识梳理一、静电平衡状态一、静电平衡状态1 1处处于于电电场场中中导导体体的的静静电电感感应应过过程程：把把金金属属导导体体放放在在电电场场中中，导导体体内内部部的的_受受到到电电场场力力的的作作用用，向向电电场场的的_做做定定向向的的移移动动，结结果果会会使使导导体体的的两两端端分分别别出出现现_，这这种现象叫做静电感应种现象叫做静电感应自由电子自由电子反方向反方向正、负电荷正、负电荷5提示提示(1 1)处于静电平衡的导体，净电荷为什么只处于静电平衡的导体，净电荷为什么只能分布在表面，而内部没有电荷？能分布在表面，而内部没有电荷？(2 2)静电平衡导体表面的场强等于零吗？静电平衡导体表面的场强等于零吗？62 2 静静 电电 平平 衡衡 状状 态态：导导 体体 中中(包包 括括 表表 面面)_)_ 的状态，叫做静电平衡状态的状态，叫做静电平衡状态3 3处处于于静静电电平平衡衡状状态态下下导导体体的的特特点点：处处于于静静电平衡状态的导体，内部的场强电平衡状态的导体，内部的场强_4 4处处于于静静电电平平衡衡的的导导体体内内部部尽尽管管没没有有电电荷荷定定向移动，但仍有电荷在运动向移动，但仍有电荷在运动处处为零处处为零没有没有电电荷定向移荷定向移动动7【思考思考提示提示】(1)(1)因为处于静电平衡状态因为处于静电平衡状态的导体内部场强为零，所以内部没有净电荷的导体内部场强为零，所以内部没有净电荷(2)(2)表面有净电荷，所以表面场强不等于零表面有净电荷，所以表面场强不等于零8二、静电屏蔽二、静电屏蔽1 1静静电电屏屏蔽蔽：导导体体壳壳可可以以保保护护它它所所包包围围的的区区域域,使使这这个个区区域域不不受受_的的影影响响，这这种种现现象象叫做静电屏蔽叫做静电屏蔽2 2静静电电屏屏蔽蔽的的应应用用：有有的的电电学学仪仪器器和和电电子子设设备备外外面面套套有有_，有有的的通通信信电电缆缆的的外外面面包包一一层层金金属属网网，都都是是用用来来_，起屏蔽作用的，起屏蔽作用的外电场外电场金属壳金属壳保护内部不受外电场作用保护内部不受外电场作用9核心要点突破核心要点突破一、静电感应一、静电感应1 1现象的产生现象的产生当当金金属属导导体体处处于于电电场场E E0 0中中时时，导导体体内内的的自自由由电电子子便便受受电电场场力力eEeE0 0而而沿沿E E0 0的的反反向向运运动动(正正电电荷荷即即原原子子核核也也受受电电场场力力，只只是是它它不不能能自自由由移移动动而而已已)从从而而使使导导体体内内的的电电荷荷分分布布不不均均衡衡，一一端端聚聚集集了了正正电电荷荷，而而另另一一端端聚聚集集了了等等量量的的负负电电荷荷，这种现象就叫静电感应这种现象就叫静电感应102 2静电感应的结果静电感应的结果静电平衡静电平衡静静电电感感应应出出现现在在导导体体两两端端的的多多余余电电荷荷叫叫感感应应电电荷荷感感应应电电荷荷也也要要产产生生电电场场E E，它它与与外外电电场场E E0 0方方向向相相反反，二二者者在在导导体体内内叠叠加加后后，使使导导体体内内的的总总电电场场E E内内减减弱弱；随随着着静静电电感感应应的的持持续续进进行行，导导体体两两端端的的电电荷荷继继续续增增加加，E E随随之之增增大大，使使合合电电场场E E内内越越来来越越小小，最最终终变变为为零零即即E E内内0 0，此此时时导导体体内内的的电电荷荷不不再再受受电电场场力力作作用用，定定向向移移动动终终止止，达到平衡达到平衡,这就是静电平衡这就是静电平衡11导导体体中中的的自自由由电电子子在在外外界界电电场场的的作作用用下下重重新新分分布布，最最终终达达到到静静电电平平衡衡状状态态，其其过过程程可可以以概括如下：概括如下：外外加加电电场场E E 自自由由电电子子受受力力自自由由电电子子定定向向移移动动导导体体两两侧侧聚聚集集等等量量异异种种电电荷荷形形成成附附加加场场强强E EE E和和E E等等大大反反向向，内内部部合合场场强强为为零零自自由由电电子子不不再再定定向向移移动动静电平衡静电平衡12特别提醒特别提醒1 1不能将不能将“导体内部场强为零导体内部场强为零”误解为误解为“导体导体内部无电场内部无电场”，实际上导体内部既有外电场，实际上导体内部既有外电场，又有感应电荷形成的电场，只是它们叠加之后又有感应电荷形成的电场，只是它们叠加之后使导体内部合场强为零使导体内部合场强为零2 2金属导体达到静电平衡状态的时间是非常短金属导体达到静电平衡状态的时间是非常短暂的暂的13二、处于静电平衡状态的导体二、处于静电平衡状态的导体1 1导导体体表表面面的的电电荷荷分分布布往往往往是是不不均均匀匀的的，越越尖的地方，电荷密度越大，附近的电场越强尖的地方，电荷密度越大，附近的电场越强2 2处处于于静静电电平平衡衡状状态态时时，导导体体中中(包包括括表表面面)没有电荷定向移动没有电荷定向移动3 3内部场强处处为零内部场强处处为零4 4净电荷分布在导体的外表面上净电荷分布在导体的外表面上5 5电场线垂直于导体的外表面电场线垂直于导体的外表面1415解解析析：选选D.D.本本题题主主要要考考查查对对静静电电平平衡衡状状态态的的理理解解达达到到静静电电平平衡衡时时，导导体体为为等等势势体体，电电场场线线与与导导体体表表面面垂垂直直，故故D D错错，其其他他几几个个选选项项都都正正确确16三、对静电屏蔽的理解三、对静电屏蔽的理解1 1导体壳对外部电场的屏蔽导体壳对外部电场的屏蔽如如图图13134 41 1甲甲所所示示，使使带带电电的的金金属属球球靠靠近近验验电电器器，由由于于静静电电感感应应，验验电电器器的的箔箔片片张张开开，这这表示验电器受到了外电场的影响表示验电器受到了外电场的影响如如果果事事先先用用导导体体壳壳把把验验电电器器罩罩住住，如如图图13134 41 1乙乙所所示示，验验电电器器的的箔箔片片就就不不张张开开，即即使使把把验验电电器器和和导导体体壳壳连连接接起起来来，箔箔片片也也不不张张开开这这表表明明导导体体壳壳能能把把外外电电场场挡挡住住，使使罩罩内内不不受受外外电电场的影响，即导体壳屏蔽了外部电场场的影响，即导体壳屏蔽了外部电场17图图1341182 2导体壳对内部电场的屏蔽导体壳对内部电场的屏蔽如如一一封封闭闭的的导导体体壳壳内内部部空空间间某某点点有有一一点点电电荷荷q q.由由于于静静电电感感应应，导导体体壳壳内内外外表表面面感感应应出出等等量量的的异异种种电电荷荷，其其电电场场线线如如图图13134 42 2甲甲所所示示，当当把把导导体体壳壳接接地地后后，q q在在壳壳内内的的电电场场对对壳壳外外空空间间就没有影响了，如图就没有影响了，如图13134 42 2乙所示乙所示图图134219由以上两种情况可知：静电屏蔽不是金属罩把由以上两种情况可知：静电屏蔽不是金属罩把电场挡住，而是金属罩感应电荷的电场与原电电场挡住，而是金属罩感应电荷的电场与原电场叠加，合场强为零场叠加，合场强为零特别提醒特别提醒1 1(网网)外不影响外不影响(网网)内；内；2 2(网网)接地，接地，(网网)内不影响内不影响(网网)外外20四、正确理解电场中的导体接地问题四、正确理解电场中的导体接地问题图图13134 43 3在在静静电电场场中中，关关于于金金属属导导体体接接地地的的问问题题是是一一个个常常见见但但又又难难以以理理解解的的问问题题如如图图13134 43 3所所示示,带带正正电电荷荷的的导导体体P P附附近近放放有有一一个个不不带带电电的的金金属属导导体体M M，由由于于静静电电感感应应，在在金金属属导导体体M M的的左左端端A A和右端和右端B B分别感应出等量的负电荷和正电荷分别感应出等量的负电荷和正电荷THANK YOUSUCCESS2024/2/27 周二21可编辑221 1无无论论金金属属导导体体何何处处接接地地，电电子子都都从从大大地地流流向向导体导体M M而且右端而且右端B B不带电不带电地地球球是是一一个个大大导导体体，无无论论金金属属导导体体M M上上何何处处接接地地，都都可可以以把把地地球球和和M M看看成成是是一一个个导导体体(如如图图13134 44 4所所示示的的虚虚线线框框)这这个个导导体体距距P P的的近近端端仍仍在在M M的的左左端端A A处处，远远端端在在地地球球的的另另一一端端C C，其其余余部部分分为为导导体体的的中中部部或或内内部部当当这这个个大大导导体体重重新新处处于于静静电电平平衡衡状状态态时时，在在距距P P近近端端A A处处感感应应出出与与导导体体P P异异种种的的负负电电荷荷，在在距距P P远远端端C C处处感感应应出出与与导导体体P P同同种种的的正正电电荷荷，即即电电子子从从大大地地流流向向金金属属导导体体M M，而而导导体体的的其其余余部部分分没没有有净净电电荷荷，故故导导体体右右端端B B处处没没有有净电荷净电荷23图图1344242 2接接地地导导线线断断开开后后再再接接地地时时导导线线中中没没有有电电流流即导体的电荷分布不再变化即导体的电荷分布不再变化根根据据上上面面的的分分析析可可知知，M M接接地地时时，由由于于大大地地C C处处的的感感应应正正电电荷荷在在M M内内任任何何一一点点产产生生的的电电场场强强度度为为零零，而而且且M M内内部部任任何何一一点点场场强强为为零零，所所以以接接地地导导线线断断开开后后，M M内内部部任任何何一一点点场场强强仍仍然然为为零零，电电荷荷分分布布不不发发生生变变化化，当当再再接接地地时时导导线线中中没没有有电流电流25即使应用即使应用2.2.有有一一接接地地的的导导体体球球壳壳，如如图图13134 45 5所所示示，球球心心O O处处放放一一点点电电荷荷q q，达达到到静静电电平平衡衡时时，则则()A Aq q的电量变化时，壳外电场随之改变的电量变化时，壳外电场随之改变B Bq q在壳外产生的电场强度为零在壳外产生的电场强度为零C C球壳内、外表面的电荷在壳外的场强为零球壳内、外表面的电荷在壳外的场强为零D Dq q与壳内表面的电荷在壳外的合场强为零与壳内表面的电荷在壳外的合场强为零图图134526解析：解析：选选D.D.壳外电场由壳外带电体和壳外表面壳外电场由壳外带电体和壳外表面上的电荷所决定当导体球壳接地时，壳与大上的电荷所决定当导体球壳接地时，壳与大地等电势，壳内点电荷在壳外表面所产生的感地等电势，壳内点电荷在壳外表面所产生的感应电荷流入大地应电荷流入大地(严格地说是壳与大地构成一个严格地说是壳与大地构成一个大导体，壳内点电荷在壳外表面产生的感应电大导体，壳内点电荷在壳外表面产生的感应电荷分布在整个大导体的外表面，因球壳的半径荷分布在整个大导体的外表面，因球壳的半径远小于地球的半径远小于地球的半径,故球壳外表面分配到的电荷故球壳外表面分配到的电荷可忽略不可忽略不)这时球壳外表面的电荷仅由壳外带这时球壳外表面的电荷仅由壳外带电体的感应而电体的感应而27带电，而不受壳内点电荷的影响，即所谓带电，而不受壳内点电荷的影响，即所谓“接接地导体壳外部的电场不受壳内点电荷的影响地导体壳外部的电场不受壳内点电荷的影响”但是，这句话并不是说壳内点电荷不在壳外但是，这句话并不是说壳内点电荷不在壳外产生电场，而是壳内点电荷与壳内表面的感应产生电场，而是壳内点电荷与壳内表面的感应电荷在壳内壁以外电荷在壳内壁以外(包含导体壳层包含导体壳层)任一点的合任一点的合场强为零因此，本题应是场强为零因此，本题应是q q与球壳内表面上与球壳内表面上的感应电荷的感应电荷q q在壳外的合场强为零在壳外的合场强为零28如如图图13134 46 6所所示示，Q Q是是一一个个绝绝缘缘金金属属导导体体，一一个个带带正正电电的的绝绝缘缘金金属属球球P P靠靠近近Q Q，由由于于静静电电感感应应，Q Q的的A A端端电电荷荷量量大大小小为为q qA A，B B端端电电荷荷量量大小为大小为q qB B，则，则()课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一对静电感应现象的认识对静电感应现象的认识例例例例1 1图图134629A A用手接触一下用手接触一下Q Q的的A A端，拿走端，拿走P P后后Q Q带正电带正电B B用手接触一下用手接触一下Q Q的的B B端，拿走端，拿走P P后后Q Q带负电带负电C C导体导体Q Q上，上，q qA A q qB BD D导体导体Q Q上，上，q qA Aq qB B【解解析析】由由于于静静电电感感应应，离离金金属属球球P P近近的的A A端端将将感感应应出出负负电电荷荷，电电荷荷量量大大小小为为q qA A，离离金金属属球球P P远远的的B B端端将将感感应应出出等等量量大大小小的的q qB B，因因而而D D选选项项正正确确用用手手接接触触一一下下Q Q的的任任一一部部分分时时，人人、Q Q和和大大地地构构成成一一个个新新导导体体，整整个个Q Q看看成成近近端端，而而地地球球的的另另一一侧侧是是远远端端，A A端端带带负负电电，地地球球的的另另一一侧侧带带正正电电，当当手手离离开开Q Q后后，无无论论是是否否移移走走球球P P，Q Q都带负电，都带负电，B B选项正确选项正确30【答案答案】BDBD【思维升华思维升华】本例为一典型的感应起电实例，本例为一典型的感应起电实例，首先应确定产生电场的带电体的电性，明确感首先应确定产生电场的带电体的电性，明确感应导体的远端和近端，不论导体的哪一端接地，应导体的远端和近端，不论导体的哪一端接地，大地和导体组成一个新的大地和导体组成一个新的“导体导体”，即大地总，即大地总是远端，然后根据是远端，然后根据“远同近异远同近异”确定导体各端确定导体各端感应电荷的电性感应电荷的电性31长长为为L L的的导导体体棒棒原原来来不不带带电电，现现将将一一电电荷荷量量为为q q的的点点电电荷荷放放在在与与棒棒的的左左端端距距离离为为R R的的地地方方，如如图图13134 47 7所所示示，达达到到静静电电平平衡衡后后，棒棒上上的的感感应应电电荷荷在在棒棒的的中中心心O O处处产产生生的的场场强强有有多多大大？方方向向如何？如何？类型二类型二对静电平衡的特点的理解对静电平衡的特点的理解例例例例2 2图图13134 47 732【解解析析】将将导导体体棒棒放放在在点点电电荷荷的的电电场场中中，由由于于静静电电感感应应，在在棒棒的的右右端端和和左左端端，将将出出现现等等量量的的正正负负电电荷荷达达到到静静电电平平衡衡时时，导导体体棒棒内内部部的的场场强强为为零零，即即点点电电荷荷在在导导体体棒棒中中某某点点产产生生的的场场强强与与感感应应电电荷荷在在该该点点产产生生的的场场强强的的合合场场强强为为零零因因此此，所所求求棒棒上上感感应应电电荷荷在在中中心心处处产产生生的的场场强强，应应与与点点电电荷荷q q在在该该点点产产生生的的场场强强大大小小相相等等，方向相反方向相反点电荷点电荷q q在棒中心在棒中心O O处产生的场强大小为：处产生的场强大小为：3334【思维升华思维升华】对于此类问题一定要理解导体对于此类问题一定要理解导体内场强为什么处处为零，要区分外电场和感应内场强为什么处处为零，要区分外电场和感应电荷产生的电场，要认清所求的是一个什么电电荷产生的电场，要认清所求的是一个什么电场场35如如图图13134 48 8所所示示，金金属属球球壳壳内内部部有有一一个个带带电电荷荷量量为为Q Q的的正正电电荷荷，在在距距离离球球壳壳中中心心为为R R处处有有一一个个带带负负电电的的点点电电荷荷q q，试试分分析析这这两两个个电电荷的受力情况荷的受力情况类型三类型三静电屏蔽静电屏蔽例例例例3 3图图13134 48 836【解解析析】金金属属球球在在q q的的电电场场中中处处于于平平衡衡状状态态，外外电电场场与与感感应应电电荷荷在在球球壳壳内内部部空空间间的的电电场场的的合合场场强强为为零零，所所以以Q Q不不受受电电场场力力的的作作用用通通过过静静电电感感应应，在在金金属属球球壳壳的的外外表表面面出出现现与与Q Q等等量量的的感感应应电电荷荷，这这些些感感应应电电荷荷在在球球壳壳外外部部产产生生电电场场使使q q受受到到吸吸引引力力作作用用【答案答案】见解析见解析37【思维升华思维升华】不接地的封闭导体壳只能防止不接地的封闭导体壳只能防止外部电场对内部电荷系统的作用，而不能防止外部电场对内部电荷系统的作用，而不能防止内部电荷系统对外部的干扰，若将球壳接地，内部电荷系统对外部的干扰，若将球壳接地，才能实现真正的屏蔽才能实现真正的屏蔽38随堂达标自测随堂达标自测39课时活页训练课时活页训练40本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束谢谢使用谢谢使用点此进入课件目点此进入课件目录录按按ESCESC键退出全屏播放键退出全屏播放THANK YOUSUCCESS2024/2/27 周二41可编辑