2.3 静电的利用与防护（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理必修3（粤教版）

第三节　静电的利用与防护 学习目标 素养提炼 1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡产生的条件。 2．掌握静电平衡状态下的导体特点。 3．了解静电屏蔽、静电吸附、尖端放电现象及其应用。 物理观念：静电平衡、静电屏蔽、静电吸附、尖端放电。 科学思维：静电平衡产生的条件。 科学态度与责任：静电屏蔽、静电吸附、尖端放电现象的应用。 授课提示：对应学生用书第35页 一、静电平衡 1．静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象时，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部电场减弱，直至为零，导体内部自由电子不再发生定向移动的状态。 2．处于静电平衡状态的导体的特征：内部的电场强度处处为零。 [思考] 静电平衡的导体，其电荷分布在导体的外表面上，那么，导体内部还有电荷吗？ 提示：静电平衡是指导体内部的合场强为零，没有电荷定向移动，并不是导体内部没有电荷。 二、静电屏蔽　静电吸附 1．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场强度处处为0，外电场对壳内的仪器不会产生影响。 2．静电吸附：在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象。 3．静电吸附的应用：静电除尘、静电喷漆、静电复印。 [思考] 为什么安装了防盗网的室内手机信号不好，没安防盗网的室内手机信号好？ 提示：若把手机放入金属网罩中，金属网罩对手机信号起到屏蔽作用，安装防盗网对手机信号有一定影响。故安装了防盗网的室内手机信号不如没安防盗网的室内手机信号好。 三、尖端放电 1．静电平衡时导体上电荷的分布特点 (1)导体内部没有净剩电荷，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，周围电场强度越大。 2．空气的电离：在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离的现象。 3．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。 [思考] 如图所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内，之后该小球带不带电？ 提示：不带电。将小球放于金属空腔球壳内部后，它们组成一个新的金属导体，而电荷只分布于导体的外表面。 授课提示：对应学生用书第35页 要点一　静电平衡的理解及应用 　如图所示，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，使导体两端出现等量异号电荷。请思考下列问题： (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？ 提示：(1)自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着与电场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反向，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．静电平衡的形成 (1)自由电荷的移动：导体刚放入电场中的瞬间，导体中的自由电荷受电场力F的作用，产生定向运动(如图甲)，同时在导体中产生一个附加电场E′(如图乙)，使自由电荷又受电场力F′的作用，F和F′方向相反。 (2)电场叠加：当E＝E′时，导体内合场强为零(如图丙)，自由电荷受合力也为零，这时导体中无电荷定向移动，即达到了静电平衡状态。 (3)结论：处于静电平衡的导体内部电场强度处处为零。 2．静电平衡时导体的特点 (1)处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零。导体内部场强为零指的是外部电场和附加电场的合场强为零，其效果相互抵消。 (2)导体表面任一点的场强方向与该处的表面垂直。 (3)净电荷只分布在导体的外表面上。 (4)对于一孤立的带电体，可视为导体处于自己所带电荷的电场之中，达到静电平衡时，也有两个基本特点： ①导体内部的场强处处为零； ②导体所带电荷只能分布在导体的外表面上。 　长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为＋q的点电荷放在距棒左端R处，如图所示。当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于________，方向为________。 [解析]　导体棒在点电荷＋q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任何一点都有两个电场，即＋q在该点形成的电场E0及棒上感应电荷在该点形成的电场E′，达到静电平衡状态时E′＝E0。 题中所求的即为E′，于是我们通过上述等式转化为求E0。于是E′＝E0＝。E′和E0方向相反，即方向向左。 [答案]　　向左 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。 1．处于静电平衡中的导体，内部场强处处为零的原因是(　　) A．此时导体处于