【推荐】专题1-7 静电现象的应用（讲）-2017-2018学年高二物理同步精品课堂（基础版）（选修3-1）

【推荐】专题1-7 静电现象的应用（讲）-2017-2018学年高二物理同步精品课堂（基础版）（选修3-1）

‎【知识与技能】‎ ‎1、了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特征。‎ ‎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 ‎【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，培培养学生分析推理能力。‎ ‎【情感态度与价值观】‎ 体会生活中的静电现象，提高抽象思维水平,培养学生的理论联系实际能力、科学探索精神。‎ ‎【教学重难点】‎ ‎1、静电场中静电平衡状态下导体的特性；‎ ‎2、运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因 ‎【教学过程】‎ ‎★重难点一、静电平衡状态下导体的电场★‎ 一、静电平衡状态下导体的电场 ‎1．静电感应现象 如图所示，将一不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下，逆着电场线方向定向移动，使导体的一侧聚集负电荷，而导体另一侧却聚集等量的正电荷，这种现象就是静电感应现象．‎ ‎2．静电平衡状态：‎ 导体上(包括表面)处处无电荷定向移动的状态．‎ ‎3．静电平衡状态导体的特征 ‎(1)处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零．‎ ‎(2)处于静电平衡状态的导体，其外部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，它的表面是个等势面．‎ 二、对静电平衡及其特点的理解 ‎1．静电平衡实质 ‎(1)在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合场强减小，随着感应电荷的继续增加，合场强逐渐减小，直至合场强为零，自由电荷的定向移动停止。‎ ‎(2)静电平衡的条件：导体内部的合场强为零，即E合＝0‎ ‎2. 静电平衡状,态的特点： ‎3．静电平衡导体的电荷分布特点 ‎①内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，导体内部没有净电荷。‎ ‎②感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，远同近异，如图甲所示：‎ ‎③净电荷在导体表面分布不均匀，导体表面尖锐处电荷分布密集，平滑处电荷分布稀疏，凹陷处几乎没有电荷，如图乙所示：‎ ‎【特别提醒】‎ ‎(1)不要认为达到静电平衡需要很长时间，其实金属导体建立静电平衡状态的时间只有几微秒，相当快．‎ ‎(2)达到静电平衡后，自由电子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．‎ ‎(3)导体达到静电平衡后，内部场强处处为零是指原电场的电场强度E0与导体两端感应电荷产生的场强E′的合场强为零．‎ ‎(4)应该注意静电感应与感应起电的区别和联系，感应起电是运用静电感应现象使物体起电的一种方法，而静电感应则是电场中导体两端暂时出现等量相反电荷的现象．‎ ‎【典型例题】对于处在静电平衡状态的导体，以下说法中正确的是： （ ）‎ A．导体内部既无正电荷，又无负电荷 B．导体内部和外表面处的电场均为零 C．导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和为零 D．导体内部电场为零是外加电场与感应电荷产生的电场叠加的结果 ‎【答案】D ‎【名师点睛】金属导体在点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布．因此在金属导体内部出现感应电荷的电场，正好与点电荷的电场叠加，只有叠加后电场为零时，电荷才不会移动．当点电荷移走后，电荷恢复原状．金属导体处于静电平衡时，其内部的场强为0，因为如果内部的场强不为0，则其内部就会有电荷的定向移动，导体就不再处于静电平衡状态了；处于静电平衡状态的导体，是个等势体，电荷分布在它的外表面上。‎ ‎【针对训练】（多选）如图所示，在水平放置的光滑接地金属板中点的正上方，有带正电的点电荷Q，一表面绝缘带正电的金属球(可视为质点，且不影响原电场)自左以速度v0开始在金属板上向右运动，在运动过程中： （ ）‎ A．小球做先减速后加速运动 B．小球做匀速直线运动 C．小球受的电场力不做功 D．电场力对小球先做正功后做负功 ‎【答案】BC ‎【解析】金属板在Q的电场中达到静电平衡时，金属板是一个等势体，表面是一个等势面，表面的电场线与表面垂直，小球所受电场力与金属板表面垂直，在金属板上向右运动的过程中，电场力方向与位移方向垂直，对小球不做功，根据动能定理得知，小球的动能不变，速度不变，所以小球做匀速直线运动，BC正确 ‎【名师点睛】本题关键抓住静电平衡导体的特点：整体导体是一个等势体，表面是一个等势面，知道电场线与等势面垂直，并能运用这些知识来分析实际问题．‎ ‎★重难点二、静电屏蔽★‎ ‎1．实质 静电屏蔽实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零而已。‎ ‎2．静电屏蔽的两种情况 ‎(1)金属壳内部不受外部影响 如图：把验电器靠近带电体，箔片会张开，但如果把验电器置于金属网罩内，再靠近带电体，箔片不再张开，说明网罩内不受外电场的影响。‎ ‎(2)接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响 如一封闭的导体壳内部空间某点有一点电荷＋q。由于静电感应，导体壳内外表面感应出等量的异种电荷。其电场线如图(甲)所示，当把导体壳接地后，＋q在壳内的电场对壳外空间就没有影响了，如图(乙)所示。‎ ‎3．静电屏蔽的应用和防止 ‎(1)应用：为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用于科学技术工作中．许多电子仪器外面都套着金属罩；通讯电缆外面包着一层铅皮；高压带电作业人员穿金属网衣；又如电话线从高压线下经过，为了防止高压线对电话线的影响，在高压线与电话线之间装一金属网等，这些都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施．‎ ‎(2)防止：静电屏蔽也可带来不利的影响．如通讯工具在钢筋结构建筑中接收信号较弱；宇宙飞船返回地球大气层时，与大气层的高速摩擦，在飞船周围形成一层等离子体，对飞船产生静电屏蔽作用，导致飞船和地面控制中心的通信联络暂时中断．‎ ‎【特别提醒】‎ ‎(1)接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响。‎ ‎(2)空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间产生影响。‎ ‎【典型例题】（多选）如图所示，带电体Q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷。在静电平衡后，下列物理量中等于零的是： （ ）‎ A．导体腔内任意点的电场强度 B．导体腔内任意点的电势 C．导体外表面的电荷量 D．导体空腔内表面的电荷量 ‎【答案】ABD ‎【名师点睛】此题考查了静电平衡问题；关键是知道静电屏蔽的原理，将金属外壳接地，则金属壳即可屏蔽内部电场，也可屏蔽外部电场.‎ ‎【针对训练】‎ 小强在加油站加油时，看到加油机上有如图所示的图标，关于图标涉及的物理知识及其理解，下列说法正确的是： （ ）‎ A．制作这些图标的依据是静电屏蔽原理 B．工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装 C．化纤手套与接触物容易摩擦起电存在安全隐患 D．用绝缘的塑料梳子梳头应该没有关系 ‎【答案】C ‎【解析】用塑料梳子梳头时会产生静电，会引起静电，用塑料梳子梳头时会产生静电，会引起静电，穿衣，脱衣也会产生静电． 这些图标都是为了减少静电的产生；不是静电屏蔽．故A错误；工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装，会引起静电，故B错误；化纤手套与接触物容易摩擦起电，故会引起静电，从而引起油料燃烧的危险；故C正确；用塑料梳子梳头时会产生静电，会引起静电；故D错误；故选C。‎ ‎【名师点睛】由于在干燥的季节，由于摩擦引起的静电会引发易燃物体的燃烧，故在加油站等地应避免产生静电，或及时将静电导走。‎ ‎ ‎