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2018-2019 学年人教版选修3-1 1.7静电现象的应用 课件

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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。
4积分下载