第7课 静电现象的应用-【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版选修3-1）

第7课 静电现象的应用 学习目标 1.了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特性。 2.了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点。 3.了解尖端放电和静电屏蔽现象。 核心提炼 1个概念——静电平衡 2个应用——尖端放电和静电屏蔽 知识点01 静电平衡状态下导体的电场 1．静电平衡状态：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态． 2．静电平衡状态的特征 (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，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，导体的表面为等势面． 知识点02导体上电荷的分布 1．导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面． 2．在导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷． 知识点03尖端放电 1．空气的电离：导体尖端的电荷密度很大，电场很强，带电粒子在强电场的作用下剧烈运动撞击空气分子，从而使空气分子的正负电荷分离的现象． 2．尖端放电：所带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，相当于导体从尖端失去电荷的现象． 3．尖端放电的应用与防止 (1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施． (2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失． 知识点04静电屏蔽 1．静电屏蔽 金属壳(网)内电场强度保持为0，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响的作用叫做静电屏蔽． 2．静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连． 【知识拓展】 一、静电平衡状态下的导体 如图1所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体AB、CD两面出现等量异号电荷，请思考下列问题： 图1 (1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？ (2)自由电子能否一直定向移动？为什么？ 答案　(1)自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着与电场方向相反的方向定向移动． (2)不能．感应电荷产生的电场与外加电场方向相反，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止． 1．处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场E0和感应电荷产生的电场E′的合场强为0，即E0＝－E′. 2．孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合场强为0. 3．处于静电平衡状态的导体是等势体，表面是等势面，所以导体表面的电场线应与导体表面垂直． 　在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距为2l，如果在两个点电荷连线的中点O有一个半径为r(r≪l)的空心金属球，且球心位于O点，如图2所示，则球壳上的感应电荷在O处的场强的大小为多大？方向如何？ 例1 图2 答案　eq \f(3kQ,l2)　方向向右 解析　根据电场的叠加和静电平衡，球心O处的合场强为0，即感应电荷的电场强度与A、B两点电荷在O处所产生的合场强等大、反向，即E感＝EA＋EB＝keq \f(Q,l2)＋keq \f(2Q,l2)＝eq \f(3kQ,l2)，A、B在O处产生的场强方向向左，所以E感向右． 求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法是： 1先求出外电场场强E外的大小和方向. 2由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0. 3由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向. 针对训练1　一金属球原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图3所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比(　　) 图3 A．Ea最大 B．Eb最大 C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec 二、导体上电荷的分布 　静电平衡时，导体上的电荷分布规律 1．净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷． 2．感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图4甲所示． 3．净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示． 甲　　　　　　　　　　乙 图4 　(多选)如图5所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B.下列实验方法中能使验电器箔片张开的是(　　) 例2 图5 A．用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触 B．用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触 C．用带绝缘外皮的导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触 D．使验电器A靠近B 答案　BCD 解析　A项中取电棒先和B的内壁接触后，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开；B项中可以使取电棒带电，从而使A带电；C项中用带绝缘外皮