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7、静电现象的应用 (1)静电平衡 当导体中的电荷不再发生电荷的定向移动,导 体达到一种平衡状态, ,从而场强分布不随时间 变化时,导体就达到了静电平衡。 (2)静电平衡状态 导体中(包括表面)没有电荷的定向移动的状 态,叫做静电平衡状态。 (3)静电平衡的条件 处于静电平衡状态的导体,内部场强处处为零。内部场强处处为零 (4)静电平衡导体的特点 ①处于静电平衡状态的导体,其外部表面附近 任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直。 ②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。 静电平衡状态下导体的电场 1、静电感应 把金属导体放在外电场E0中,由于导体内的自由电子受电场力 作用而定向移动,使导体表面出现感应电荷的现象叫静电感 应。 A D E0 B C 2.静电平衡 - - - - - - E' - - - E0 - - E' - - - - E' - - 1、导体中自由电荷 2、 导体两端出现感应 在电场力作用下将发 电荷,感应电荷在导体中 生定向移动. 中产生反方向的附加场. - - - - - - - E0 - E=0 E0 ' - E - - - - - 3、感应电荷的电场增到 4、静电平衡:导体 与外电场相等时,导体内 中无电荷定向移动 合场强为零。自由电荷的 的状态,就叫静电平 定向移动停止 . 衡状态. 静电平衡 发生静电感应的导体,当感应电荷产生的附 加电场E`和原电场E在导体内叠加为零,即E`=E 时,自由电子停止定向移动,这时导体所处的状 态叫静电平衡状态。 - + - + - + - + E E合=0 - E` + E - + - + - + - + - + - + - + 3、处于静电平衡状态导体的特点: (1)导体内部的场强处处为零 (2)整个导体是一个等势体,表面是一个等势面 二、导体上电荷的分布 研究静电平衡时导体内部的电荷 二、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)在导体表面,越尖锐的位置,电荷的密 度(单位面积的电荷量)越大,凹陷的位置几乎 没有电荷。 均匀球形导体 三、尖端放电 1尖端放电原理:.空气的电离 在强电场作用下,物体曲率大的地方 强电场使空气分子中正负电荷分离的现 (如尖锐、细小的顶端,弯曲很厉害处象叫做空气的电离。 )附 近,等势面密,电场强度剧增,致使这里 2.尖端放电 空气被电离而产生气体放电现象,称为电 晕放电.而尖端放电为电晕放电的一种, 在强电场作用下,物体尖端部分发生的一 专指尖端附近空气电离而产生气体放电的种放电现象称为尖端放电。 现象 思考:导体处于静电平衡状态时, 其表面场强能否如图所示? E + + + + + + + + - - - - - - - - 结论:导体处于静电平衡状态时 ,其表面任一点场方向跟该点表面垂 直。 E + + + + + + + + - - - - - - - - 3、处于静电平衡状态导体的特点: (1)导体内部的场强处处为零 (2)整个导体是一个等势体,表面是一个等势面 (3)导体外部电场线与导体表面垂直 四、静电屏蔽 1.静电屏蔽 (1)空腔导体的特点 空腔导体能把外电场挡住,空腔内没有电 场,空腔内不受外电场的影响。 (2)静电屏蔽 导体壳(金属网罩)能保护它所包围的区 域,使这个区域不受外电场的影响,这种现 象叫做静电屏蔽。 2.静电屏蔽的应用 例1:如图所示接地金属球A的半径为R,球外 点电荷的电量为Q,到球心的距离为r,该点 电荷的电场在球心的场强等于多少? R Q A o r 注意:E、E`和E 的区别 E是点电荷Q产生的电 合 场(即外电场),E`是 E由外电场决定,E`=E,E合=0 感应电荷产生的电场( 附加场),E合是两个 电场叠加后的合电场 例2:如图所示,把原来不带电的金属球壳B的 外表面接地,将一带正电的小球A从小孔中放 入球壳内,但不于B发生接触,达到静电平衡 后,则: 、 的空腔内电场强度为零 A B B B、B不带电 A C、B的内外表面电势相等 D、B带负电 B的外部电场强度为零吗? 注意: (1)用导线把导体接地或用手触摸导体时,可把 导体和地球看成一个大导体 (2)一般取无穷远处或大地的电势为零。 法拉第圆筒实验 二.导体上电荷分布的特点: (1)导体内部没有电荷,电荷只分布 在导体的外表面 (2)在导体表面越尖端的地方,电荷的 密度(单位体积电荷量)越大,凹陷的位 置几乎没有电荷 三、尖端放电(应用一) 避雷针 电晕 四.静电屏蔽:(应用二) 1.电学仪器 2.输电线金属网 3.野外三条高压输电线上还有两条导线 练习1:带电量分别为+Q和-Q的两个点电荷相 距为r,在两点电荷之间放入一个不带电的导体 棒,如图所示,当导体达到静电平衡后,感应 电荷在两点电荷连线中点O处产生的场强大小 为多大?方向怎样? +Q O -Q · 方向水平向左 导体上电荷的分布 法拉第圆筒实验: 2 1 用两个带有绝缘手柄的金 属小球分别接触带有电荷 的金属圆筒的内壁和外 壁. 1 法拉第圆筒实验 : 2 和外壁接触的小球使验电 器箔片张开,表明金属筒外 壁有电荷分布. 1 法拉第圆筒实验 : 和内壁接触的小球 不能使验电器箔片 2 张开,表明金属筒 内壁没有电荷分 布. 静电平衡时导体上电荷的分布的特点 (1)导体内部没有电荷,电荷只分布在 导体的外表面 (2)在导体表面,越尖锐的位置,电荷 密度(单位面积的电荷量)越大,凹陷 的位置几乎没有电荷 尖端放电 尖端放电的原理是什么? 导体尖锐部位的电荷特别密集,尖端附近的电场特别强 ,会把空气分子“撕裂”,使分子中的正负电荷分离,这 种现象叫电离。 中性的分子电离后变成带负电的自由电子和带正电的离子 ,这些带电的粒子与导体尖端的电荷异号粒子,由于被吸 引而奔向尖端,与尖端上的电荷中和,这相当于导体从尖 端失去电荷。这个现象叫尖端放电。 尖端放电的原理有何应用? 避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施 思考:空心导体壳内的验电器箔片会张开吗 ? 不会 因为导体壳 内部合场强为零. - + - + + - + - + - + - + 静电屏蔽:静电平衡时,空心导体壳可保护其 内部区域不受外电场影响 的现象. 思考:用金属网罩将验电器罩住,会怎样呢? + 思考:用金属网罩将验电器罩住,会怎样呢? + 该现象表明金属网罩也能起到静电屏蔽作用. 类似事例:通讯电缆外包金属层,电学仪器外套金属罩. 思考:电力工作人员有时需要带电作业,怎 样才能保证他们的生命安全? 全身穿戴金属丝网制成 的衣,帽,鞋,手套等。 练习 当导体达到静电平衡状态时,其场强的特 征是:( C ) A.外电场E0消失。 B.感应电荷产生的电场E'为零。 = ' C.导体内部合场强E内 E0 + E =0。 D.导体表面和内部场强均为零。