1、 第七节 静电现象的应用宣威市第九中学 冯 波【教学三维目标】知识与技能：1、认识静电感应，知道感应起电的原理和感应电荷正、负的判定。2、知道静电平衡状态；理解静电平衡的特点，导体内部的场强处处为零，电荷只分布在导体的外表面上；3、知道静电屏蔽现象及其应用。过程与方法：通过观察演示实验及对实验现象的分析，引导学生运用所学知识进行分析推理，培养学生分析推理能力。态度情感价值观：通过对实验的观察和推理，培养学生科学的研究方法，以及严谨认真的学习态度。【重点难点】静电平衡状态电场中导体的特点【教学方法】推理归纳法、问题解决法、实验法【教具准备】验电器、金属网罩、感应起电机、橡胶棒等【教学过程】(一)
2、复习导入在本章第一节我们一起学习了使物体带电的三种方式，摩擦起电、接触起电、感应起电。接下来我给大家演示仪下感应起电这一物理现象。A.老师演示，用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近验电器，金属箔片张开，验电器带电。B给验电器罩上金属网罩，请学生演示，金属箔片不动，感应起电失败，提出疑问，为什么呢？带着这个问题，我们一起来学习，静电现象的应用。(二)新课教学一、电场中的导体思考 1：如图，把不带电的金属导体放入一匀强电场中，对自由电子有何影响？ 思考 2：当导体两侧面出现感应电荷后，感应电荷是否会产生电场？沿什么方向？ 思考 3：感应电荷的电场对导体内部的合场强有何影响？自由电子受到的电场力有何变化？思考
3、4：随着导体内合场强的不断减小，最终将会出现什么样的状态？1、概念：放入电场中的导体，其内部的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，致使导体的两端分别出现等量异号电荷（感应电荷） ，当感应电荷的电场与外加电场达到平衡时，导体内的自由电荷（包括表面）不再发生定向移动。我们说导体达到了静电平衡状态。 2. 标志：自由电子不再发生定向移动。3. 特征：（1）导体内部电场处处为 0 。感应电荷产生的附加场与外加电场的场强等大、共线、反向。 （2）处于静电平衡中的导体是个等势体，导体表面是个等势面。（3）导体表面处的电场方向与导体表面垂直。（4）导体从放入电场到达到静电平衡是一个极短的过程，历时约为 1
4、0-9s. 二、导体上的电荷分布1. 净 电 荷 只 能 分 布 在 导 体 的 外 表 面 ， 导 体 内 部 无 净 电 荷 。净 电 荷 ： 就 是 正 负 电 荷 中 和 剩 余 的 电 荷 。 导 体 内 部 仍 然 存 在 带 正 电 的 正 离 子 和 自 由 电 子 ， 但是 自 由 电 子 不 再 定 向 移 动 ， 正 离 子 和 自 由 电 子 均 匀 混 合 ， 相 互 抵 消 ， 无 净 剩 的 电 荷 。2.净 电 荷 在 导 体 表 面 上 的 分 布 与 导 体 表 面 的 形 状 有 关 ： 导 体 表 面 上 越 尖 锐 的 地 方 ， 净 电 荷 密度 越
5、 大 ； 越 平 坦 的 地 方 ， 净 电 荷 密 度 越 小 ； 凹 陷 的 地 方 几 乎 无 净 电 荷 分 布 。同 种 电 荷 相 互 排 斥 ， 假 设 在 有 一 颗 缝 衣 针 ， 带 电 后 由 于 同 种 电 荷 相 互 排 斥 ， 电 荷 自 然 要 被 挤到 针 的 两 端 。思 考 ： 导 体 表 面 的 电 场 强 度 什 么 地 方 大 ？ 什 么 地 方 小 ？ （ 提 示 ： 电 场 线 总 是 从 正 电 荷 出 发 指向 负 电 荷 ）结 论 ： 导 体 表 面 越 尖 锐 的 地 方 ， 电 场 强 度 越 大 。三 、 尖 端 放 电1、 导 体 尖
6、 端 的 电 荷 密 度 很 大 ， 附 近 的 电 场 特 别 强 ， 它 会 导 致 一 个 重 要 的 后 果 ， 就 是 尖 端 放电 。空 气 中 残 留 的 带 电 粒 子 在 强 电 场 力 的 作 用 下 发 生 激 烈 的 运 动 ， 把 空 气 分 子 撞 “散 ”（ 也 就是 使 分 子 正 负 离 子 分 离 ， 即 电 离 ） ， 这 些 带 电 离 子 在 强 电 场 力 作 用 下 继 续 加 速 ， 撞 击 空 气 分 子 ，是 更 多 的 气 体 分 子 电 离 ， 那 些 带 与 导 体 尖 端 异 种 电 荷 的 离 子 ， 被 吸 引 到 导 体 尖 端
7、 ， 与 尖 端 电荷 中 和 ， 这 相 当 于 尖 端 失 去 了 电 荷 。演 示 实 验 ： 静 电 感 应 起 电 机 的 尖 端 放 电 现 象 。尖 端 放 电 现 象 的 应 用 与 防 治 :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 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
8、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 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
9、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 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
10、更 大 的 损 失 。 四 、 静 电 屏 蔽思 考 题 ： 如 图 所 示 ： 一 带 电 体 A 附 近 放 置 一 个 金 属 球 壳 B， 试 画 出 :(1)球 壳 上 感 应 电 荷 的 分 布 情 况 ；(2)电 场 线 的 大 致 分 布 情 况 。思 考 ： 将 一 带 电 体 A 放 入 一 个 金 属 球 壳 B 内 ， 试 画 出 :(1)球 壳 上 感 应 电 荷 的 分 布 情 况 ；(2)电 场 线 的 大 致 分 布 情 况 ；（ 3） 如 果 将 球 壳 B 接 地 ， 有 何 变 化 。1： 要 使 某 一 装 置 不 受 电 场 影 响 ， 可 以 用 一
11、 金 属 网 将 它 包 裹 起 来 ， 起 到 屏 蔽 外 场 的 作 用 。2： 要 使 某 一 带 电 体 的 电 场 不 对 外 界 产 生 作 用 ， 可 以 用 一 个 接 地 的 金 属 网 将 此 带 电 体 包 裹起 来 。本 节 课 开 始 时 的 感 应 起 电 过 程 ， 同 学 没 能 感 应 起 电 成 功 ， 就 是 因 为 金 属 网 罩 的 屏 蔽 作 用 。静 电 屏 蔽 的 应 用 ：1.为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用科学技术工作中。例如电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮等等，都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。 2.高压带电作业(500 千伏带电作业用的屏蔽服)3.很多电子仪器,比如示波器的接线都是这样的屏蔽线4.汽车外的天线5.有线电视信号线,外面就有一层金属丝 ,就为了静电屏蔽,使信号不受干扰 6.在服务区怕被人打手机,又不能关机,找个金属盒子装进去,就变成了“ 您拨打的用户不在服务区“
