（浙江專用）2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場 1-7 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用課件 新人教版選修3-1.ppt

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第7節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用,[研究學(xué)考明確要求],[基礎(chǔ)梳理]1．靜電感應(yīng)現(xiàn)象：如圖1所示，把一個不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD放到場強(qiáng)為E0的電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受到庫侖力的作用，將向著與電場相反的方向定向移動。這樣，在導(dǎo)體的AB面上將出現(xiàn)電荷，在CD面上將出現(xiàn)正電荷。這就是。,負(fù),靜電感應(yīng)現(xiàn)象,圖1,2．靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體兩面出現(xiàn)的正負(fù)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生與E0方向相反的電場E′，當(dāng)這兩個電場疊加使導(dǎo)體內(nèi)部各點的等于零時，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生，導(dǎo)體達(dá)到了。3．處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特征(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，內(nèi)部場強(qiáng)。(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外部表面附近任何一點的場強(qiáng)方向必跟該點的表面。(3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個，它的表面是個等勢面，地球是一個。,合電場,定向移動,靜電平衡狀態(tài),處處為零,垂直,等勢體,等勢體,[典例精析]【例1】長為l的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為＋q的點電荷放在距棒左端R處，如圖2所示。當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小等于________，方向________。圖2,,[即學(xué)即練]1．如圖3所示，在原來不帶電的金屬細(xì)桿ab附近P處，放置一個正點電荷，達(dá)到靜電平衡后()圖3A．a(chǎn)端的電勢比b端的高B．b端的電勢比d點的低C．a(chǎn)端的電勢不一定比d點的低D．桿內(nèi)c處場強(qiáng)的方向由c指向b,解析首先畫出電場線如圖所示，沿電場線方向電勢降低，b端的電勢比d點的低，選項B正確；金屬桿ab在靜電平衡后是一個等勢體，a端電勢等于b端電勢，二者均比d點電勢低，選項A、C均錯誤；靜電平衡后的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零，選項D錯誤。答案B,[基礎(chǔ)梳理]靜電平衡時，導(dǎo)體上的電荷分布有以下兩個特點：(1)導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的。(2)在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置電荷的密度(單位面積的電荷量)，凹陷的位置幾乎沒有電荷。,表面,越大,[典例精析]【例2】如圖4所示，兩個相同的空心金屬球M和N，M帶電荷量為－Q，N不帶電(M、N相距很遠(yuǎn)，互不影響)，旁邊各放一個不帶電的金屬球P和R，當(dāng)將帶正電Q的小球分別放入M和N的空腔中時()圖4,A．P、R上均有感應(yīng)電荷B．P、R上均沒有感應(yīng)電荷C．P上有而R上沒有感應(yīng)電荷D．P上沒有而R上有感應(yīng)電荷,解析本題考查靜電屏蔽問題。當(dāng)將帶正電Q的小球放入M的空腔中時，由于靜電感應(yīng)，M的內(nèi)表面帶負(fù)電，而外表面帶正電，其電荷量為Q，它與原來金屬球M外表面所帶的電荷－Q正好中和，使外表面不帶電。這實際上是M所帶電荷－Q被吸引至內(nèi)表面，所以金屬球M外部不存在電場，不能使P產(chǎn)生靜電感應(yīng)，P上沒有感應(yīng)電荷。當(dāng)將帶正電Q的小球放入原來不帶電的N的空腔中時，由于靜電感應(yīng)，N內(nèi)表面帶負(fù)電荷，外表面帶正電荷，N外部有電場，使R產(chǎn)生靜電感應(yīng)，故選項D正確。答案D,(1)導(dǎo)體表面電荷分布往往不均勻，只有球形的帶電導(dǎo)體且沒有外界電場的影響下才會均勻分布。(2)對于孤立導(dǎo)體，表面各處的面電荷密度和該處表面的曲率有關(guān)。一般而言，曲率大處，面電荷密度大。,[即學(xué)即練]2．如圖5所示，把一個帶正電的小球放入原來不帶電的金屬空腔球殼內(nèi)并與內(nèi)壁接觸，其結(jié)果是()圖5,A．只有球殼外表面帶正電B．只有球殼內(nèi)表面帶正電C．球殼的內(nèi)、外表面都帶正電D．球殼的內(nèi)表面帶正電，外表面帶負(fù)電,解析小球與金屬球殼接觸，就成了一個導(dǎo)體，由于靜電平衡導(dǎo)體的電荷只分布在外表面上，故小球和內(nèi)壁都不帶電，正電荷全部分布在球殼外表面。答案A,[基礎(chǔ)梳理]1．尖端放電(1)尖端放電中性的分子電離后變成帶負(fù)電的自由電子和失去電子而帶正電的離子。這些帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子。那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端電荷。這種現(xiàn)象叫做。,相反,中和,失去,尖端放電,(2)生活實例避雷針是利用避免雷擊的一種設(shè)施。當(dāng)帶電的雷雨云接近建筑物時，由于靜電感應(yīng)，金屬棒出現(xiàn)與云層相反的電荷。通過尖端放電，這些電荷不斷向大氣釋放，中和空氣中的電荷，同時將云層中的大量電荷導(dǎo)入地下，達(dá)到避免雷擊的目的。現(xiàn)代避雷針往往具有很多組金屬尖棒，做成蒲公英花的形狀，以增強(qiáng)避雷效果。,尖端放電,2．靜電屏蔽(1)靜電屏蔽把一個電學(xué)儀器放在封閉的金屬殼里，即使殼外有電場，由于殼內(nèi)電場強(qiáng)度保持為零，所以外電場對殼內(nèi)的儀器產(chǎn)生影響。金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽。,不會,(2)靜電屏蔽的應(yīng)用和危害①應(yīng)用：電子儀器和電子設(shè)備外面套有金屬網(wǎng)罩，通信電纜外包一層鉛皮等，可防止外電場的干擾；電力工人高壓帶電作業(yè)時，身著的用金屬絲網(wǎng)制成的衣帽、手套、鞋子，可以對人體起到靜電屏蔽作用，使人安全工作。②危害：航天飛機(jī)、飛船返回地球大氣層時，由于飛船與大氣層的高速摩擦而產(chǎn)生高溫，在飛船的周圍形成一層等離子體，它對飛船產(chǎn)生靜電屏蔽作用，導(dǎo)致地面控制中心與飛船的通信聯(lián)系暫時中斷，對航天員來說，這是一個危險較大的時間段。,[典例精析]【例3】下列防雷措施可行的是()A．在大樹下避雷雨B．停留在山頂、山脊的涼亭等地方避雷雨C．要快速騎摩托車、快騎自行車和在雨中狂奔D．在空礦地帶，最好關(guān)掉手機(jī)電源,解析表面具有突出尖端的導(dǎo)體，在尖端的電荷分布密度很大，使得其周圍電場很強(qiáng)，就可能使其周圍的空氣發(fā)生電離而引發(fā)尖端放電。因此不要在大樹下避雨；別停留在山頂、山脊的涼亭等地方；快速騎摩托車、快騎自行車和在雨中狂奔，身體的跨步越大，電壓就越大，雷電也越容易傷人；在空曠地帶使用手機(jī)通話，手機(jī)很有可能成為閃電的放電對象。故C錯，D對。答案D,夜間看到的高壓電線周圍籠罩著的一層綠色光暈(電暈)就是一種微弱的尖端放電現(xiàn)象。尖端放電致使高壓線及高壓電極上的電荷丟失，因此，凡對地有高壓的導(dǎo)體(或兩個相互有高壓的導(dǎo)體)，其表面都應(yīng)盡量光滑。,[即學(xué)即練]3．避雷針能夠避免建筑物被雷擊的原因是()A．云層中帶的電荷被避雷針通過導(dǎo)線導(dǎo)入大地B．避雷針的尖端向云層放電，中和了云層中的電荷C．云層與避雷針發(fā)生摩擦，避雷針上產(chǎn)生的電荷被導(dǎo)入大地D．以上說法都不對解析帶電荷的云層靠近避雷針時，在避雷針尖端感應(yīng)出與云層相反的電荷，達(dá)到一定程度就向空中放電，中和云層中的電荷，從而避免建筑物遭受雷擊，所以只有B正確。答案B,【例4】將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)(不和球壁接觸)，另有一個懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近，如圖6所示，下列說法正確的有()圖6A．A往左偏離豎直方向，B往右偏離豎直方向B．A的位置不變，B往右偏離豎直方向C．A往左偏離豎直方向，B的位置不變D．A和B的位置都不變,[典例精析],解析帶正電的小球A放在不帶電的空心球C內(nèi)，通過靜電感應(yīng)，空心球外殼帶正電，內(nèi)壁帶負(fù)電。因此，金屬空心球C和帶電小球B帶異種電荷，所以B受C球的吸引往右偏離豎直方向。而由于空心球C能屏蔽小球B所產(chǎn)生的外部電場，使小球A不受外電場的作用，所以A的位置不變。答案B,靜電屏蔽有兩種類型，當(dāng)外殼不接地時，可以屏蔽外電場對殼內(nèi)的影響，但不能屏蔽殼內(nèi)電荷電場對殼外的影響。當(dāng)外殼接地時，能屏蔽殼內(nèi)電荷電場對殼外的影響。,[即學(xué)即練]4．具有一定厚度的空心金屬球殼的球心位置處放一正電荷，圖中的四個圖畫出了其空間電場的電場線情況，符合實際情況的是(),解析球殼處于正電荷的電場中，達(dá)到靜電平衡，球殼為等勢體，電場線不會穿過球殼，故D選項正確。答案D,1．人造飛船返回地球經(jīng)過大氣層時，返回艙表面附近形成一個溫度高達(dá)幾千攝氏度的高溫區(qū)。高溫區(qū)內(nèi)的氣體和返回艙表面材料的分子被分解和電離，這時返回艙與外界的聯(lián)系會中斷，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是()A．返回艙受到的萬有引力消失B．返回艙為了安全而暫時關(guān)閉通信系統(tǒng)C．返回艙周圍高溫氣體被電離成等離子體，從而對飛船起屏蔽作用D．返回艙表面溫度太高，如同火球，使得航天員看不見外面，外面也看不見返回艙里面,解析由于高溫區(qū)內(nèi)的氣體和返回艙表面材料的分子被分解和電離，對返回艙起到靜電屏蔽作用，所以返回艙與外界信號中斷，故A、B、D錯誤，C正確。答案C,2．在點電荷－Q的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓平面與點電荷在同一平面內(nèi)，則盤上感應(yīng)電荷在盤中A點所激發(fā)的附加場強(qiáng)E′的方向在下圖中正確的是(),解析感應(yīng)電荷在盤中A點激發(fā)的附加場強(qiáng)E′應(yīng)與－Q在A點產(chǎn)生的場強(qiáng)等大反向，故A正確。答案A,3．電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，下列說法正確的是()A．銅絲編s織的衣服不易拉破B．電工被銅絲衣服所包裹，使體內(nèi)電勢為零C．電工被銅絲衣服所包裹，使體內(nèi)電場強(qiáng)度為零D．銅絲電阻小，能對人體起到保護(hù)作用解析高壓線路的檢修人員在進(jìn)行高壓作業(yè)時，要穿上用金屬絲制成的高壓作業(yè)服，相當(dāng)于把人體用金屬網(wǎng)罩起來。這樣，外部電場就不會影響到人體，從而避免了感應(yīng)電流對人體的傷害。故選項C正確。答案C,4．如圖7所示，把一個架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正電荷形成的電場中，導(dǎo)體處于靜電平衡時，下列說法正確的是()圖7A．A、B兩點場強(qiáng)相等，且都不為零B．A、B兩點的場強(qiáng)不相等C．感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加場強(qiáng)大小是|EA|<|EB|D．當(dāng)電鍵K閉合時，電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動,解析枕形導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，其內(nèi)部的A、B兩點場強(qiáng)都為零，A錯，B錯；由于A離正電荷較近，正電荷在A點產(chǎn)生的場強(qiáng)較大，故感應(yīng)電荷在A點產(chǎn)生的附加場強(qiáng)也較大，C錯；電鍵K閉合時，電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w定向移動，以中和枕形導(dǎo)體上的正電荷，最后使它顯示負(fù)電性，D對。答案D,