1、 个性化辅导授课案杭州龙文教育科技有限公司学生：朱杭鑫 科目：物理 教师：尹树坤 第 1 阶段第 6 次课 时间:2012_年_7 月_14_日_8：00-10 ：00 段一、授课目的与考点分析：1知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态2理解静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零3知道静电屏蔽及其应用二、授课内容：新课教学一、静电感应：把金属导体放在外电场 中，由于导体内的自由电子受电场力作用定向移动，使得导体两端出现等量的异种外E电荷，这种由于导体内的自由电子在外电场作用下重新分布的现象叫做静电感应。 （在靠近带电体端感应出异种电荷，在远离带电体端感应出同种电荷） 由带
2、电粒子在电场中受力去分析。静电感应可从两个角度来理解：根据同种电荷相排斥，异种电荷相吸引来解释；也可以从电势的角度来解释，导体中的电子总是沿电势高的方向移动二、电场中的导体1、金属导体的特征：由做热振动的正离子和做无规则热运动的自由电子组成2、 静电感应现象问题：在源电荷的电场中引入金属导体后会对空间各点的场强有影响 吗？是什么作用使金属内的电子定向移动的？此移动一直进行吗？金属导体内部有电场吗？答：使空间电场重新分布源电荷的电场使导体内部自由电子定向 移动静 电 平 衡 状 态3、 静电平衡：（1）定义：发生静电感应时，导体内的自由 电子受到电场力作用而定向移动，使导体中的正负电 荷重新分布
3、，这时感应的正负电荷产生的附加电场的 场强大小等于外电场，方向相反，使得导体中的合场强为零。导体内的自由电荷不再定向移动的状态，叫做静电平衡状态。注意：应当注意的是外电场既可以是匀强电场也可以是点电荷的电场。如果是点电荷的电场，要注意不同点的场强往往不同，所以感应电场的不同点也就往往不同。金属导体建立静电平衡状态的时间是短暂的。（2）条件： =0。0E内特点：（1）内部的电场处处为零。即 =0。0E内+ 个性化辅导授课案杭州龙文教育科技有限公司（2）导体表面任何一点的场强方向都跟表面垂直，即电场线与导体表面垂直；（3）带电导体的静电荷只能分布在外导体表面上，且表面的电荷分布与表面弯曲半径有关，
4、尖端部分电荷密度大，该处的场强也大；理论证明：中性导体带电后，由于同种电荷相互排斥，净电荷只能分布在表面反证法：若内部有自由电荷，则内部场强不为 0，导体就不是处于静电平衡状态（4）导体是一个等势体，表面是一个等势面发生静电感应后的导体，两端面出现等量感应电荷，感应电荷产生一个附加电场 E 附 ，这个 E 附 与原电场方向相反，当 E 附 增到与原电场等大时， （即 E 附 与 E 外 ） ，合场强为零，自由电子定向移动停止，这时的导体处于静电平平衡状态。注意：这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。（5）内部场强处处为零，电场线在导体内部中断。导体内部的电场强
5、度是外加电场和感应电荷产生电场这两种电场叠加的结果（6）整个导体是等势体，表面是个等势面；导体表面上任意两点间电势差为零。（因为假若导体中某两点电势不相等，这两点则有电势差，那么电荷就会定向运动）（7）表面上任何一点的场强方向都跟该点表面垂直；（因为假若内部场强不为零，则内部电荷会做定向运动，那么就不是静电平衡状态了）（8）净电荷分布在导体的外表面，内部没有净电荷曲率半径小的地方，面电荷密度大，电场强，这是避雷针的原理。二、静电屏蔽1、定义：静电感应可使金属网罩或金属内的场强为零，遮挡住了外界电场对它们的影响，这种现象叫静电屏蔽。2、静电屏蔽包括两种情况（1）壳内空间的场壳内空间无带电体的情况
6、：不论壳外带电体情况如何，壳内空间各点场强必然为零。壳内空间有带电体的情况：这时壳内空间将因壳内带电体的存在而出现电场。壳的内壁也会出现电荷分布，但是可以证明：这一电场只由壳内带电体及壳的内壁形状决定而与壳外情况无关。也就是说，壳外电荷对壳内电场仍无影响。（2）壳外空间的场壳外空间无带电体的情况：直观解释：壳外壁的感生电荷全部沿接地线流入大地（负） ，因此它们在壳外激发的场强不复存在。壳外空间有带电体的情况：综上述：封闭导体壳（不论接地与否）内部电场不受壳外电荷的影响，接地封闭导体壳外部分电场不受壳内电荷的影响。记忆方法：1、 （网）外不影响（网）内；2、 （网）接地， （网）内不影响（网）外
7、。注意：静电屏蔽不是金属网罩把电场挡住，而是金属网罩感应电荷的电场与原电场叠加，合场强为零。三、尖端放电导 体 尖 端 的 电 荷 特 别 密 集 ， 尖 端 附 近 的 电 场 特 别 强 ， 就 会 发 生 尖 端 放 电 强 电 场 作 用 下 ， 物 体 尖 锐 部 分 发 生 的 一 种 放 电 现 象 称 为 尖 端 放 电 ,他 属 于 一 种 电 晕 放 电 。 他 的 原 理 是物 体 尖 锐 处 曲 率 大 ， 电 力 线 密 集 ， 因 而 电 势 梯 度 大 ， 致 使 其 附 近 部 分 气 体 被 击 穿 而 发 生 放 电 。 如 果 物 体 尖+ 个性化辅导授课
8、案杭州龙文教育科技有限公司端 在 暗 处 或 放 电 特 别 强 烈 ， 这 时 往 往 可 以 看 到 它 周 围 有 浅 蓝 色 的 光 晕 . 通 常 情 况 下 ， 空 气 是 不 导 电 的 ， 但 是 如 果 电 场 特 别 强 ， 空 气 分 子 中 的 正 负 电 荷 受 到 方 向 相 反 的 强 电 场力 ， 有 可 能 被 “撕 ”开 ， 这 个 现 象 叫 做 空 气 的 电 离 。 由 于 电 离 后 的 空 气 中 有 了 可 以 自 由 移 动 的 电 荷 ， 空 气就 可 以 导 电 了 ， 空 气 电 离 后 产 生 的 负 电 荷 就 是 负 离 子 ， 失
9、 去 原 子 的 电 荷 带 正 电 ， 叫 做 正 离 子 。 （ 对 孤 立 导 体 ） 导 体 表 面 有 电 荷 堆 积 时 ， 电 荷 密 度 与 导 体 表 面 的 形 状 有 关 。 在 凹 的 部 位 电 荷 密 度 接 近零 ， 在 平 缓 的 部 位 小 ， 在 尖 的 部 位 最 大 。 当 电 荷 密 度 达 到 一 定 的 量 值 后 ， 电 荷 产 生 的 电 场 会 很 大 ， 以 至 于把 空 气 击 穿 （ 电 离 ） ， 空 气 中 的 与 导 体 带 电 相 反 的 离 子 会 与 导 体 的 电 荷 中 和 ， 出 现 放 电 火 花 ， 并 能 听 到
10、 放电 声 。 如 高 压 线 有 轮 廓 的 地 方 ， 就 会 出 现 尖 端 放 电 。 由 于 接 到 电 源 上 ， 它 一 边 放 电 ， 一 边 不 停 的 提 供 放 电 需要 的 电 荷 ， 这 种 放 电 会 持 续 下 去 。 避 雷 针 是 另 外 一 个 好 的 例 子 。 高 大 建 筑 物 上 安 装 避 雷 针 ， 当 带 电 云 层 靠 近 建 筑 物 时 ， 建 筑 物 会 感 应 上与 云 层 相 反 的 电 荷 ， 这 些 电 荷 会 聚 集 到 避 雷 针 的 尖 端 ， 达 到 一 定 的 值 后 便 开 始 放 电 ， 这 样 不 停 的 将 建
11、筑 物上 的 电 荷 中 和 掉 ， 永 远 达 不 到 会 使 建 筑 物 遭 到 损 坏 的 强 烈 放 电 所 需 要 的 电 荷 。 雷 电 的 实 质 是 2 个 带 电 体间 的 强 烈 的 放 电 ， 在 放 电 的 过 程 中 有 巨 大 的 能 量 放 出 。 建 筑 物 的 另 外 一 端 与 大 地 相 连 ， 与 云 层 相 同 的 电 荷就 流 入 大 地 。 显 然 ， 要 是 避 雷 针 起 作 用 ， 必 须 保 证 尖 端 的 尖 锐 和 接 地 通 路 的 良 好 ， 一 个 接 地 通 路 损 坏 的 避雷 针 将 使 建 筑 物 遭 受 更 大 的 损
12、失 。科 学 原 理 在 强 电 场 作 用 下 ， 物 体 表 面 曲 率 大 的 地 方 (如 尖 锐 、 细 小 物 的 顶 端 )， 等 电 位 面 密 ， 电 场 强 度 剧增 ， 致 使 它 附 近 的 空 气 被 电 离 而 产 生 气 体 放 电 ， 此 现 象 称 电 晕 放 电 。 尖 端 放 电 为 电 晕 放 电 的 一 种 ， 专 指 尖端 附 近 空 气 电 离 而 产 生 气 体 放 电 的 现 象 。 故 要 观 察 尖 端 放 电 的 现 象 ， 除 了 要 有 足 够 高 的 电 压 外 ， 还 必 须 有适 当 的 形 状 配 合 ， 才 容 易 做 到
13、。 尖 端 效 应 的 产 生 特 点 1.在 导 体 的 带 电 量 及 其 周 围 环 境 相 同 情 况 下 ,导 体 尖 端 越 尖 ,尖 端 效 应 越 明 显 。 这 是因 为 尖 端 越 尖 ,曲 率 越 小 ,面 电 荷 密 度 越 高 ,其 附 近 场 强 也 就 越 强 。 在 同 一 导 体 上 ， 与 曲 率 小 的 部 位 相 比 ，曲 率 大 的 部 位 就 是 尖 端 。 因 此 ,设 备 的 边 .棱 .角 相 对 于 平 滑 表 面 ,管 道 的 喷 嘴 相 对 于 管 线 ， 细 导 线 相 对 于粗 导 线 ,人 的 手 指 相 对 于 背 部 等 等 ,
14、前 者 都 可 认 为 是 尖 端 ,都 容 易 产 生 尖 端 效 应 。 而 且 ,即 使 带 电 体 没 有 尖端 ， 而 与 之 相 邻 近 的 接 地 导 体 具 有 尖 端 ， 它 们 之 间 也 会 产 生 尖 端 效 应 。 此 时 ,由 于 静 电 感 应 ,在 接 地 体 的尖 端 处 会 感 应 出 异 性 电 荷 ,并 容 易 与 带 电 体 之 间 发 生 放 电 。 2.尖 端 放 电 的 形 式 主 要 有 电 晕 放 电 和 火 花 放电 两 种 。 在 导 体 带 电 量 较 小 而 尖 端 又 较 尖 时 ,尖 端 放 电 多 为 电 晕 型 放 电 。 这
15、 种 放 电 只 在 尖 端 附 近 局 部 区 域内 进 行 ,使 这 部 分 区 域 的 空 气 电 离 ,并 伴 有 微 弱 的 荧 光 和 嘶 嘶 声 。 因 放 电 能 量 较 小 ,这 种 放 电 一 般 不 会 成为 易 燃 易 爆 物 品 的 引 火 源 ,但 可 引 起 其 它 危 害 。 在 导 体 带 电 量 较 大 电 位 较 高 时 ,尖 端 放 电 多 为 火 花 型 放 电 。这 种 放 电 伴 有 强 烈 的 发 光 和 破 坏 声 响 ,其 电 离 区 域 由 尖 端 扩 展 至 接 地 体 (或 放 电 体 ),在 两 者 之 间 形 成 放 电通 道 。
16、由 于 这 种 放 电 的 能 量 较 大 ,所 以 其 引 燃 引 爆 及 引 起 人 体 电 击 的 危 险 性 较 大 。 3.火 花 型 尖 端 放 电 随两 极 间 距 的 减 小 而 更 易 发 生 。 这 可 由 击 穿 电 压 随 极 间 距 离 的 减 小 而 下 降 来 说 明 。 4.尖 端 放 电 的 发 生 还与 周 围 环 境 情 况 有 关 。 环 境 温 度 越 高 越 容 易 放 电 。 因 为 温 度 越 高 ， 电 子 和 离 子 的 动 能 越 大 ,就 更 容 易 发生 电 离 。 另 外 ,环 境 湿 度 越 低 越 容 易 放 电 。 围 为 湿
17、度 高 时 空 气 中 水 分 子 增 多 ,电 子 与 水 分 子 碰 撞 机 会 增 多 ,碰 后 形 成 活 动 能 力 很 差 的 负 离 子 ,使 碰 撞 能 量 减 弱 。 再 者 ， 气 压 越 低 越 容 易 放 电 。 因 为 气 压 越 低 气 体 分 子间 距 越 大 ,电 子 或 离 子 的 平 均 自 由 程 越 大 ,加 速 时 间 越 长 ,动 能 越 大 ,更 容 易 发 生 碰 撞 电 离 。 尖 端 效 应 的 危 害 1.引 起 火 灾 爆 炸 。 如 上 所 述 ,由 于 火 花 型 尖 端 放 电 的 放 电 能 量 较 大 ,因 此 很 容 易 引
18、起 易 燃易 爆 混 合 物 的 燃 烧 和 爆 炸 ,造 成 重 大 人 身 伤 亡 和 财 产 损 失 。 2.妨 碍 生 产 ,损 坏 设 备 。 火 花 型 及 电 晕 型 尖 端放 电 都 会 对 生 产 过 程 造 成 不 同 程 度 的 妨 碍 ， 乃 至 损 坏 设 备 。 3.静 电 尖 端 放 电 也 可 造 成 人 体 电 击 。 尖 端 放 电 的 应 用 一 般 的 电 子 打 火 装 置 ， 避 雷 针 ， 还 有 工 业 烟 囱 除 尘 的 装 置 都 是 运 用 了 尖 端 放 电 的 原 理 。 高大 建 筑 物 上 都 会 安 装 避 雷 针 ， 当 带 电
19、 云 层 靠 近 建 筑 物 时 ， 建 筑 物 会 感 应 上 与 云 层 相 反 的 电 荷 ， 这 些 电 荷 会聚 集 到 避 雷 针 的 尖 端 ， 达 到 一 定 的 值 后 便 开 始 放 电 ， 这 样 不 停 的 将 建 筑 物 上 的 电 荷 中 和 掉 ， 永 远 达 不 到 会使 建 筑 物 遭 到 损 坏 的 强 烈 放 电 所 需 要 的 电 荷 。 雷 电 的 实 质 是 2 个 带 电 体 间 的 强 烈 的 放 电 ， 在 放 电 的 过 程中 有 巨 大 的 能 量 放 出 。 建 筑 物 的 另 外 一 端 与 大 地 相 连 ， 与 云 层 相 同 的
20、电 荷 就 流 入 大 地 。 显 然 ， 要 是 避 雷 针个性化辅导授课案杭州龙文教育科技有限公司起 作 用 ， 必 须 保 证 尖 端 的 尖 锐 和 接 地 通 路 的 良 好 ， 一 个 接 地 通 路 损 坏 的 避 雷 针 将 使 建 筑 物 遭 受 更 大 的 损 失 。四、静电应用1、静电除尘器：静电除尘是利用静电场的作用, 使气体中悬浮的尘粒带电而被吸附，并将尘粒从烟气中分离出来而将其去除。2、静电分离机(提纯工业原料)3、静电感应卸料器4、静电复印、印刷技术：利用光电导敏感材料在曝光时按影像发生电荷转移而存留静电潜影，经一定的干法显影、影像转印和定影而得到复制件。5、静电
21、喷涂：利用静电吸附作用将聚合物涂料微粒涂敷在接地金属物体上，然后将其送入烘炉以形成厚度均匀的涂层。6、静电纺纱：在纺纱过程中利用静电场对纤维的作用力，使纤维得到伸直、排列和凝聚，并在自由端须条加拈时起到平衡的作用，使纺纱能连续进行。 7、静电植绒：利用静电场作用力使绒毛极化并沿电场方向排列，同时被吸着在涂有粘合剂的基底上成为绒毛制品。8、静电在高技术领域也得到一些应用，主要有：静电火箭发动机属电火箭发动机的一种，与化学火箭发动机不同，所用的能源与工质分开。静电火箭发动机的特点是比冲高、寿命长（可起动上万次，累计工作上万小时），但推力很小，适用于航天器的姿态控制、位置保持和星际航行等。静电火箭发
22、动机的工质（如汞、铯、氢等）从贮存箱经过电离室电离成离子，在引出电极的静电场力作用下加速形成射束。离子射束与中和器发射的电子耦合形成中性的高速束流，喷射而产生推力。推力通常在（0.525）10-5 牛之间，比冲达 850020000 秒。静电轴承利用电场力使轴悬浮的滑动轴承。用电场力和磁场力共同悬浮的是组合式轴承。因静电轴承需要很高的电场强度，其应用受到限制，只在少数特殊仪表中使用。静电陀螺仪又称电浮陀螺。是陀螺传感器的一种。在金属球形空心转子的周围装有均匀分布的高压电极,对转子形成静电场,用静电力支承高速旋转的转子。这种方式属于球形支承，转子不仅能绕自转轴旋转，同时也能绕垂直于自转轴的任何方
23、向转动，故属自由转子陀螺仪类型。静电场仅有吸力，转子离电极越近吸力就越大，这就使转子处于不稳定状态。用一套支承电路改变转子所受的力，可使转子保持在中心位置。静电陀螺仪采用非接触支承，不存在摩擦，所以精度很高,其漂移率低达 10-310-5 度/时，是高精度惯性导航系统的重要元件。但它不能承受较大的冲击和振动。其另一缺点是结构和制造工艺复杂，成本较高。静电透镜是电子透镜中的一种。在旋转对称型的若干个导体电极上分别加上一定的直流电压所形成的旋转对称静电场。例如，由等半径或不等半径的双圆筒电极构成的浸没透镜;由等半径或不等半径的 3 个圆筒或 3 个光阑构成的单电位透镜,以及由阴极、调制极和阳极构成
24、的阴极透镜。五、课堂练习一、选择题1人们在晚上脱衣服时，有时会看到火花四溅，并伴有“劈啪”声，这是因为( )A衣服由于摩擦而产生了静电B人体本身是带电体C空气带电，在衣服上放电所致D以上说法均不正确2一金属球，原来不带电，图 1现沿球直径的延长线放置一点电荷，如图 1 所示球内直径上 a、 b、 c 三点场强大小分别为 Ea、 Eb、 Ec，三者相比( )A Ea最大 B Eb最大C Ec最大 D Ea Eb Ec3如图 2 所示，图 2个性化辅导授课案杭州龙文教育科技有限公司把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中导体处于静电平衡时，下列说法正确的是( )A A、 B 两点场强相
25、等，且都为零B A、 B 两点场强不相等C感应电荷产生的附加电场 EAEBD当电键 S 闭合时，电子从大地沿导线向导体移动4如图 3 所示，金属球壳原来带电，而验电器原来不带电，现将金属球壳内表面与验电器的金属小球相连验电器的金属箔将( )图 3A不会张开 B一定会张开C先张开，后闭合 D可能张开5如图 4 所示，两个相同的空心金属球 M 和 N， M 带 Q 电荷， N 不带电( M、 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 上均出现感应电荷B P、 R 上均没有感应电荷C P 上有，而
26、 R 上没有感应电荷D P 上没有，而 R 上有感应电荷6使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是( )7如图 5 所示，图 5A、 B 为两个带等量异号电荷的金属球，将两根不带电的金属棒 C、 D 放在两球之间，则下列叙述正确的是( )A C 棒的电势一定高于 D 棒的电势B若用导线将 C 棒的 x 端与 D 棒的 y 端连接起来的瞬间，将有从 y 流向 x 的电子流C若将 B 球接地， B 所带的负电荷全部流入大地D若将 B 球接地， B 所带的负电荷还将保留一部分二、计算论述题8在正点电荷 Q 附近有两个绝缘导体 M、 N，由于静
27、电感应发生了如图 6 所示的电荷分布，当用导线将a、 d 两点连接起来时，导线中是否有电流流过，如果有电流，电流的方向是怎样的？图 69如图 7 所示，个性化辅导授课案杭州龙文教育科技有限公司图 7在孤立点电荷 Q 形成的电场中，金属圆盘 A 处于静电平衡状态若金属圆盘平面与点电荷在同一平面内，试在圆盘内作出由盘上感应电荷形成的附加电场的三条电场线(用实线表示，要求严格作图)三、本次课后作业：四、学生对于本次课的评价： 特别满意 满意 一般 差学生签字：五、教师评定：1、 学生上次作业评价： 好 较好 一般 差2、 学生本次上课情况评价： 好 较好 一般 差教师签字：教研组签字： 教务处签字： 教务处盖章：20 年 月 日
