1、第七节 静电现象的应用,课标解读 1.知道什么是静电平衡状态,理解处于静电平衡状态导体的特征 2.知道处于静电平衡状态的导体上电荷的分布规律 3.了解尖端放电现象 4.理解静电屏蔽现象的形成原因,及其在技术上的应用,课前自主学习 一静电平衡状态下导体的电场 1.静电感应现象:把导体放入电场中,导体内部的自由电荷在电场力作用下发生定向移动,使导体两端出现等量异种电荷的现象 2.静电平衡状态:导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态,3.处于静电平衡的导体特点 (1)导体内部场强处处为零 (2)导体是个等势体,表面是个等势面 (3)导体表面上任一点的电场线跟该点的表面垂直 (4)静
2、电平衡时,导体内部没有净电荷,净电荷只分布在导体的外表面,在导体的表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大,凹陷的位置几乎没有电荷,二尖端放电 1.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运动,把空气中的气体“撞”散,也就是使分子中的正负电荷分离,这个现象叫做空气的电离 2.空气中所带的电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子,由于被吸引而奔向尖端,与尖端上的电荷中和,这就相当于异体从尖端失去电荷,这个现象叫尖端放电,三静电屏蔽 1.静电屏蔽,当金属外壳达到静电平衡时,内部没有电场,因而金属外壳会对其内部起保护作用,使它内部不受外部电场的影响的现象. 2.静电屏
3、蔽的应用:电学仪器外面金属壳;野外高压线上方还有两条导线,它们与大地相通,形成一个稀疏的金属“网”把高压线屏蔽起来,免遭雷击.,知识梳理图,课堂互动探究 一静电感应现象静电平衡状态 1.静电感应现象 (1)金属导体的微观结构 金属导体内有自由电子和金属阳离子,电子和金属阳离子带电荷量相等,电性相反,所以呈中性.自由电子在整块金属中做无规则的热运动,金属阳离子只能在自身平衡位置附近做无规则振动,如图所示,表示金属阳离子,表示电子.,(2)静电感应现象 将不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的电场中,导体中的自由电子在电场力作用下逆着电场线方向定向移动,使导体一侧聚集负电荷,而导体一端聚集等量的
4、正电荷,这种现象叫做静电感应现象.如图,2.静电平衡状态 在电场中受静电感应的导体,电荷重新分布,出现感应电场.感应电场将阻碍电荷的重新分布,这样最终放入电场中的导体内部没有电荷定向移动时,则达到一种平衡状态,这种状态称为静电平衡状态. 静电平衡状态的导体的特点,(1)处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零,内部场强为外界电场和感应电场的矢量和,当达到静电平衡时,外界电场和感应电场处处等大反向,叠加的结果是处处为零. (2)达到静电平衡的导体是一个等势体,导体上各点电势相等表面是等势面. (3)处于静电平衡的导体,感应电荷分布在导体的外表面,内部没有净电荷. (4)处于静电平衡的导体,电场线与
5、表面垂直,即导体表面任何一点的场强方向跟该处表面垂直.,二尖端放电 带电的导体净电荷分布在导体的外表面,导体带有某种电荷,由于同种电荷互相排斥,所以电荷在导体上尽量远离,即分布在导体的外表面,但由于导体表面曲率不同,电荷的密度不同,在导体的曲率半径越小的地方即越尖的地方电荷密度大,电荷在尖端十分拥挤,不断的有些电荷被排挤出去.这种现象称为尖端放电.避雷针就是尖端放电的应用.,三静电屏蔽 如图,将一个带正电的小球A用绝缘细线悬挂放入一个不带电的空心金属球壳内.现用一个带正电小球B靠近金属球壳发现球A并不发生偏移,为什么呢?,因为B电荷形成电场,金属球壳处于B的电场中而达到静电平衡状态,即球壳内部
6、场强处处为零,而A在球壳内,所处位置的合场强为零,故A不动,这种现象叫做静电屏蔽.,静电屏蔽的两种情况 (1)利用金属壳或金属网封闭一定区域,使该区域不受外界电场影响.如图甲,球壳内场强为零,E=0.,(2)接地导体空腔外部不受内部电场影响,如图乙所示E=0.当空腔接地时,外表面的感应电荷将因接地传给地球,外部电场已消失,对外起到屏蔽作用. 静电屏蔽在实际生产和生活中经常利用,我们使用的一些电子设备都要用金属外壳就是要起到屏蔽作用.有些设备的外壳需要接地,除了安全因素外,有的要产生电场影响其他的元件,所以接地后,仪器本身产生的电场就被屏蔽了.,典例分析 一静电感应静电平衡状态 例1:如下图所示
7、,带正电小球A靠近不带电的金属导体B,由于静电感应导体B的左端出现负电荷,右端出现正电荷,下列说法,正确的是( ),A.用手摸一下B的左端,B将带正电 B.用手摸一下B的右端,B将带正电 C.用手摸一下B的中部,B将不带电 D.用手摸一下B的任何部分,B都将带负电 解析:达到静电平衡的导体在靠近源电荷的一端出现异种电荷,远离源电荷的一端出现与源电荷同种性质的电荷,无论用手触摸B的哪一部分.B与人体及地球形成一个大的导体,B离源电荷近,将出现与源电荷电性相反的电荷,地球的另一面距源电荷远,将出现与源电荷同种性质的电荷,所以无论触摸B的什么位置,触摸时将使B带上与源电荷电性相反的电荷即负电荷,所以
8、手离开后,导体B将带负电,故D选项正确. 答案:D,名师点拨:本例为一典型的感应起电实例,首先应确定产生电场的带电体的电性,明确感应导体的远端和近端,不论导体的哪一端接地,大地和导体组成一个新的“导体”即大地总是远端,然后根据远同近异,确定各端感应电荷的电性.,巩固练习 1.如右图所示,带负电的小球C靠近不带电的导体AB的A端,由于静电感应,导体A端出现正电荷,B端出现负电荷,关于导体AB感应起电的说法正确的是( ),A.用手接触一下导体的A端,导体将带负电 B.用手接触一下导体AB的正中部位,导体仍不带电 C.用手接触一下导体AB的任何部位,导体将带正电D.用手接触一下导体AB后,只要将带电小球不移走,AB不可能带电,解析:因无穷远处和大地的电势为零,因此带负电的小球所形成的电场中某一点的电势均小于零.由于导体AB是一等势体并且低于大地的电势(也可以画出电荷-Q产生电场的电场线方向来判断AB电势),而且人体和大地是连在一起的,因此当人接触导体AB时,不管接触哪一端,电场力作用都使导体AB中自由电子从电势低处(AB导体)移向电势高处(大地),从而使AB带正电. 答案:C,
