浙江专用2018-2019学年高中物理第一章静电场1-7静电现象的应用学案新人教版选修3

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1、第7节　静电现象的应用[研究学考·明确要求]知识内容静电现象的应用考试要求选考b发展要求1.了解静电平衡的概念。2．知道处于静电平衡的导体电荷分布的特点。3．知道静电平衡的导体表面是等势面，整个导体是等势体。4．知道处于静电平衡的导体腔内场强为零。5．了解尖端放电现象和避雷针的工作原理，了解金属壳的静电屏蔽作用及其应用。6．应用尖端放电、静电屏蔽的相关知识解释简单的现象。[基础梳理]1．静电感应现象：如图1所示，把一个不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的电场中，导体内的自由电子受到库仑力的作用，将向着与电场相反

2、的方向定向移动。这样，在导体的AB面上将出现负电荷，在CD面上将出现正电荷。这就是静电感应现象。图12．静电平衡状态：导体两面出现的正负电荷在导体内部产生与E0方向相反的电场E′，当这两个电场叠加使导体内部各点的合电场等于零时，导体内的自由电子不再发生定向移动，导体达到了静电平衡状态。3．处于静电平衡状态下导体的特征(1)处于静电平衡状态下的导体，内部场强处处为零。(2)处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直。(3)处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面，地球是

3、一个等势体。[典例精析]【例1】长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为＋q的点电荷放在距棒左端R处，如图2所示。当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点处产生的电场强度大小等于________，方向________。图2解析　导体棒在点电荷＋q产生的电场中发生静电感应，左端表面出现负电荷，右端表面出现正电荷。棒内任何一点都有两个电场，即外电场(＋q在该点形成的电场E0)和附加电场(棒上感应电荷在该点形成的电场E′)。达到静电平衡时棒内的电场为0，即E′＝E0。题中所求的即为E′，于是我们通过上述等式转化为求

4、E0。棒的中点到＋q的距离为r＝R＋，于是E′＝E0＝，E′和E0的方向相反，即方向向左。答案　　向左静电平衡状态下的导体内部的电场强度处处为零，即感应电荷产生电场的电场强度与外电场的电场强度等大反向。本题中感应电荷是面分布且电荷量未知，虽然不能用E＝求解感应电荷的电场，却能用静电平衡的特点巧妙地求解。[即学即练]1．如图3所示，在原来不带电的金属细杆ab附近P处，放置一个正点电荷，达到静电平衡后(　　)图3A．a端的电势比b端的高B．b端的电势比d点的低C．a端的电势不一定比d点的低D．杆内c处场强的方向由c指向

5、b解析　首先画出电场线如图所示，沿电场线方向电势降低，b端的电势比d点的低，选项B正确；金属杆ab在静电平衡后是一个等势体，a端电势等于b端电势，二者均比d点电势低，选项A、C均错误；静电平衡后的导体内部场强为零，选项D错误。答案　B[基础梳理]静电平衡时，导体上的电荷分布有以下两个特点：(1)导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的表面。(2)在导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。[典例精析]【例2】如图4所示，两个相同的空心金属球M和N，M带电荷量为－Q，N不带电(M

6、、N相距很远，互不影响)，旁边各放一个不带电的金属球P和R，当将带正电Q的小球分别放入M和N的空腔中时(　　)图4A．P、R上均有感应电荷B．P、R上均没有感应电荷C．P上有而R上没有感应电荷D．P上没有而R上有感应电荷解析　本题考查静电屏蔽问题。当将带正电Q的小球放入M的空腔中时，由于静电感应，M的内表面带负电，而外表面带正电，其电荷量为Q，它与原来金属球M外表面所带的电荷－Q正好中和，使外表面不带电。这实际上是M所带电荷－Q被吸引至内表面，所以金属球M外部不存在电场，不能使P产生静电感应，P上没有感应电荷。当将

7、带正电Q的小球放入原来不带电的N的空腔中时，由于静电感应，N内表面带负电荷，外表面带正电荷，N外部有电场，使R产生静电感应，故选项D正确。答案　D(1)导体表面电荷分布往往不均匀，只有球形的带电导体且没有外界电场的影响下才会均匀分布。(2)对于孤立导体，表面各处的面电荷密度和该处表面的曲率有关。一般而言，曲率大处，面电荷密度大。[即学即练]2．如图5所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并与内壁接触，其结果是(　　)图5A．只有球壳外表面带正电B．只有球壳内表面带正电C．球壳的内、外表面都带正电D．

8、球壳的内表面带正电，外表面带负电解析　小球与金属球壳接触，就成了一个导体，由于静电平衡导体的电荷只分布在外表面上，故小球和内壁都不带电，正电荷全部分布在球壳外表面。答案　A[基础梳理]1．尖端放电(1)尖端放电中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子