高中物理《静电现象的应用》教案5 新人教版选修3-1

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1、静电现象的应用【本讲教育信息】一.教学内容：第七节 静电现象的应用二.教学重点、难点了解静电平衡状态、静电感应现象；理解电场中处于静电平衡状态下导体的特点；了解静电屏蔽现象及其应用。着重理解静电场中静电平衡状态下导体的特性，即其电荷分布、电场分布、电势等。三.要点解析1.静电感应现象及静电平衡（1）现象解释：将呈电中性状态的金属导体放入场强为E0的静电场中，导体内自由电子便受到与场强E0方向相反的电场力作用，除了做无规则热运动，自由电子还要向电场玩的反方向作定向移动，图1—4一l（a）所示，并在导体的一个侧面集结，使该侧面出现负电荷，而相对的另一侧出现“过剩”的等

2、量的正电荷图l一4—1（b）所示。在电场中的导体沿着电场强度方向两个端面出现等量异种电荷，这种现象叫做静电感应。（2）导体静电平衡条件：E内=0由于静电感应，在导体两侧出现等量异种电荷，在导体内部形成与场强E0向的场强E'，在导体内任一点的场强可表示为E内=E0+E′。因附加电场E′与外电场E0方向相反，叠加的结果削弱了导体内部的电场，随着导体两侧感应电荷继续增加，附加电场E′增强，合场强E内将逐渐减小。当E内=0时，自由电子的定向运动也停止了。如图1—4—1（c）。说明：①导体静电平衡后内部场强处处为零，是指电场强度E0，与导体两端感应电荷产生的场强E′的合场强

3、为零。②金属导体建立静电平衡状态的时间是短暂的。③静电平衡时，电荷在导体表面的分布往往是不均匀的，越是尖锐的地方，电荷分布越密，附近电场强度越大。（3）导体静电平衡时，有如下特点：①导体内部处处场强为零。假设内部场强不为零，那么自由电荷必定受到电场力的作用，在电场力的作用下发生定向移动，说明导体尚未达到静电平衡．导体内部场强为零，是外加电场E0与感应电荷产生的电场E′相互叠加的结果，即E0+E′=0（E′与E0大小相等，方向相反）。②导体表面处场强与表面垂直，假如不是这样，场强就有一个沿导体表面的分量，导体上的自由电荷就会发生定向移动，这就不是平衡状态了。③电荷只

4、分布在导体表面外。因为导体内部的场强处处为零，导体内部就不可能有未被抵消的电荷。假如内部某处有静电荷，在它附近的场强就不可能为零。2.静电屏蔽处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。因此，可以利用金属外壳或者金属网封闭某个区域，使得该区域不受外部电场的影响，这一现象叫做静电屏蔽。静电屏蔽包括两种情况：（1）金属壳内部不受外部影响如图l—4—2（a）图所示，使带电的金属球靠近验电器，由于静电感应，验电器的箔片张开，这表示验电器受到了外电场的影响。如果事先用金属网罩把验电器罩住，如图1—4—2（b）图所示，验电器的箔片就不张开，即使把验电器和金属网罩连接起来，箔片

5、也不张开。这表明金属网罩能把外电场挡住，使罩内不受外电场的影响。（2）接地得封闭导体壳，内部电场对外部没影响。如一封闭的争体壳内部空间某点有一点电荷+q。由于静电感应，导体壳内外表面感应出等量的异种电荷。其电场线如图1—4—3（a）所示，当把导体壳接地后，+q在壳内的电场对壳外空问就没有影响了，如图l一4—3（b）所示。   我们可以这样理解这一现象：   当壳内有+q电荷时，壳内空间有电场。其电场线由+q出发，应终止于负电荷，故壳内壁就感应出负电荷，因+q不在球壳中心，而电场线要与处于静电平衡的导体表面垂直。故壳内的电场线就如图1—4—3（a）所示，每条都与内表

6、面垂直。球壳外壁出现等量的正电荷，这些正电荷也要在周围空间产生电场，其电场线都由这些正电荷出发。而电场线又要与球壳表面垂直，只有沿半径方向的射线才与球壳表面垂直，故这些电场线就好像从球心发出的一样，均匀地向四周射出。从而导致壳外表面感应的正电荷均匀地分布在壳外表面。就表现出图1—4—3（a）所示的情况，若+q置于球心，则球壳对+q在壳外电场无影响。当把球壳接地后，壳外表面感应的正电荷在电场力作用下流入大地（实际是大地的电子在电场力作用下通过接地的导线流到壳面上与壳外表面的正电荷中和），使球壳外表面没有电荷，壳外空间就没有电场了。壳内+q的电场没受到任何影响。这样就

7、出现图1—4—3（b）所示的情况。3.解与电场中的导体有关的问题的方法解与电场中的导体有关的问题时，要考虑电场中的导体静电平衡时，导体内部场强为零，导体是等势体，导体表面是等势面，表面场强垂直表面，导体带电，电荷分布在外表面，还应该根据导体中电荷受力情况和电势因素进行综合考虑。4.电容器——电容（1）基本结构：由两块彼此绝缘互相靠近的导体组成。（2）带电特点：两板电荷等量异号，分布在两板相对的内侧。（3）板间电场：两板之间形成匀强电场（不考虑边缘效应），场强大小E=U／d，方向始终垂直板面。充电与放电：使电容器带电叫充电；使充电后的电容器失去电荷叫放电。充电过程实

8、质上是电源