高二选修3-1静电现象的应用讲义.doc

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1、一、教学目标1、知道什么是静电感应现象、静电平衡状态2、理解处于静电平衡状态导体的特征3、理解尖端放电现象和静电屏蔽二、重难点1、处于静电平衡状态导体的特征三、知识点梳理1、静电感应现象如图1-7-1甲所示，将一不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下逆着电场线定向移动，使导体的一侧聚集负电荷，而导体另一侧却聚集等量的正电荷，这种现象就是静电感应现象。2、静电平衡状态(1)定义如图1-7-1乙所示，金属导体中自由电子受到导体周围电场的电场力作用后向左移动，在右侧出现多余的正电荷，导体两

2、侧正、负电荷在导体内部产生与原电场反向的电场.因与原来的电场反向，叠加的结果是使原场强逐渐减弱，直至导体内部各点的合场强等于零为止，于是导体内的自由电子不再发生定向移动，我们就说导体达到了静电平衡状态，如图1-7-1丙所示.(2)条件:导体内部各点的合场强为零.(3)静电平衡状态下导体的特征①处于静电平衡状态的导体，内部的电场处处为零.②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.【说明】①处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零，指的

3、是外加电场和附加电场的合场强为零，其效果相互抵消.②金属导体建立静电平衡状态的时间是短暂的，通常不超过10-9s。所以静电场中的导体都可以看做处于静电平衡状态.③达到静电平衡状态后，自由电子没有定向移动而不是说导体内部的电荷不动，内部的电子仍在做无规则的运动.④应该注意静电感应与感应起电的区别和联系，感应起电是运用静电感应现象使物体带电的一种方法，而静电感应则是电场中导体两端暂时出现等量相反电荷的现象.(4)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外表面.这是因为，假如导体内部有电荷

4、，导体内部的场强就不可能为零，自由电荷就会发生定向移动，导体也就没有处于静电平衡状态.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.3、尖端放电(1)空气的电离导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使分子的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离.(2)尖端放电①定义:中性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

5、更多的带电粒子.那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸收而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷.这个现象叫做尖端放电.②应用与防止a.应用:避雷针就是利用尖端放电避免雷击的一种设施.当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，避雷针的金属棒出现与云层相反的电荷.通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的.b.防止:尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑.4、静电屏蔽(1)空腔导体(包括金属网罩或金属包皮)内部不受壳外部电场的影响

6、，可以简单的记为:(网)外不影响(网)内.如果事先用金属网罩把验电器罩住，如图1-7-2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，即金属壳内部空间不受壳外部电场的影响.(2)接地的封闭空腔导体壳内部电场对壳外空间没有影响，可以简单的记为:(网)接触地，(网)内不影响(网)外.如一封闭的导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1-7-3甲所示.当把导体壳接地后，+q在壳内的电场对壳外空间

7、就没有影响了，如图1-7-3乙所示.5、解决静电平衡问题的方法(1)解决静电平衡问题可根据静电平衡状态下导体的特征即导体内部场强为零、导体是等势体、导体表面是等势面、导体表面场强方向垂直于导体表面、导体所带电荷分布在导体外表面等进行分析.(2)静电平衡状态下导体带电的分析方法:在处理具体问题时，往往感到不能灵活运用，可以用“远近观”及“整体观”的观点来处理这类问题.①“远近观”是指:处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较近和较远的两端感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分因感应电荷较少，可认为无感应电荷产生，如图1-7-4甲所

8、示。②“整体观”是指:当两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看作是一个大导体，再用“远近观”判断它们的带电情况，如有些问题所提到的“用手触摸某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体.不要认为导体内部没有电荷，用导线连接带电体内部时，小球口就不带电.其实连接后就