重慶市萬州區(qū)分水中學高中物理 第一章 第9講 靜電現(xiàn)象的應用教學案 新人教版選修31(1).doc

重慶市萬州區(qū)分水中學高中物理 第一章 第9講 靜電現(xiàn)象的應用教學案 新人教版選修3-1目標定位1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出處于靜電平衡狀態(tài)的導體的特征.2.知道靜電平衡狀態(tài)下電荷的分布規(guī)律.3.了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其應用一、靜電平衡狀態(tài)下導體的電場1靜電平衡狀態(tài)：導體在電場中發(fā)生靜電感應現(xiàn)象時，感應電荷的電場與原電場疊加，使導體內(nèi)部電場減弱，直至為零，導體內(nèi)部自由電子不再發(fā)生定向移動的狀態(tài)2處于靜電平衡狀態(tài)下導體的特征(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導體，內(nèi)部場強處處為零(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導體，其外部表面附近任何一點的場強方向必跟該點的表面垂直(3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是個等勢體，它的表面是個等勢面，地球是一個等勢體想一想導體達到靜電平衡后，導體內(nèi)的電荷還在運動嗎？答案達到靜電平衡后，自由電子沒有定向移動而不是說導體內(nèi)部的電荷不動，內(nèi)部的電子仍在做無規(guī)則的運動二、導體上電荷的分布特點1導體內(nèi)部沒有凈電荷，凈電荷分布在導體的外表面2在導體表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷3尖端放電(1)空氣的電離：導體尖端電荷密度很大，電場很強，帶電粒子在強電場的作用下劇烈運動撞擊空氣分子，從而使空氣分子的正負電荷分離的現(xiàn)象(2)尖端放電：所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，相當于導體從尖端失去電荷的現(xiàn)象三、靜電屏蔽1定義：把一個電學儀器放在封閉的金屬殼里，即使殼外有電場，由于殼內(nèi)場強保持為零，外電場對殼內(nèi)的儀器也不會產(chǎn)生影響的現(xiàn)象2實現(xiàn)靜電屏蔽不一定要用密封的金屬容器，金屬網(wǎng)也能起到屏蔽作用.一、靜電平衡的理解及應用1靜電平衡實質(zhì)(1)在達到靜電平衡的過程中，外電場引起導體內(nèi)自由電荷的定向移動使導體兩側出現(xiàn)感應電荷，感應電荷的電場和外電場方向相反，使合場強減小，隨著感應電荷的繼續(xù)增加，合場強逐漸減小，直至合場強為零，自由電荷的定向移動停止(2)靜電平衡時，導體內(nèi)存在兩個電場：外電場e0和感應電荷在導體內(nèi)部產(chǎn)生的附加電場e，在導體內(nèi)部各位置，附加電場e與外電場e0方向相反、大小相等，導體內(nèi)各位置的合場強為零，自由電荷所受合力為零2對靜電平衡的理解(1)靜電平衡是自由電荷發(fā)生定向移動的結果，達到靜電平衡時，自由電荷不再發(fā)生定向移動(2)金屬導體建立靜電平衡的時間是非常短暫的(3)導體達到靜電平衡后，內(nèi)部場強處處為零是指原電場的電場強度e0與導體兩端感應電荷產(chǎn)生的場強e的合場強為零例1長為l的導體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為q的點電荷放在距棒左端r處，如圖191所示當棒達到靜電平衡后，棒上的感應電荷在棒內(nèi)中點p處產(chǎn)生的電場強度大小等于_，方向為_答案向左解析導體棒在點電荷q的電場中發(fā)生靜電感應，左端出現(xiàn)負電荷，右端出現(xiàn)正電荷，棒中任何一點都有兩個電場，即外電場：q在該點形成的電場e0；附加電場：棒上感應電荷在該點形成的電場e，達到靜電平衡時ee0.題中所求的即為e，于是我們通過上述等式轉化為求e0.于是ee0.e和e0方向相反，方向向左借題發(fā)揮(1)當外電場、導體在電場中的位置或?qū)w的形狀發(fā)生變化時：感應電荷的分布會迅速變化，很快達到新的平衡(2)靜電平衡時，感應電荷產(chǎn)生的電場與外電場在導體內(nèi)部的合場強為零二、靜電屏蔽的理解及應用1靜電屏蔽實質(zhì)靜電屏蔽的實質(zhì)是利用了靜電感應現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內(nèi)兩種電場并存，矢量和為零而已2靜電屏蔽的兩種情況(1)導體外部的電場影響不到導體內(nèi)部靜電屏蔽的本質(zhì)是靜電感應，導體外面的電場不影響導體內(nèi)部，是因為外電場與導體表面的感應電荷在導體內(nèi)部任一點的場強疊加后合場強為零如圖192所示，把驗電器靠近帶電體，如圖甲所示，箔片會張開，但如果把驗電器置于金屬網(wǎng)罩內(nèi)如圖乙所示，再靠近帶電體，箔片不再張開，說明網(wǎng)罩內(nèi)不受外電場的影響圖192(2)接地導體的內(nèi)部電場影響不到導體外部接地導體的內(nèi)部電場不影響導體外部，是因為導體外部的感應電荷都被排斥入地，在只有施感電荷和內(nèi)壁感應出的異種電荷的情況下，兩部分電荷在導體外部任何一點的場強疊加后合場強為零如圖193所示，如果一封閉的導體球殼內(nèi)部空間有一點電荷q.由于靜電感應，導體球殼內(nèi)外表面感應出等量的異種電荷，其電場線分布如圖甲所示；當把導體球殼接地后，q在殼內(nèi)的電場對外部空間就沒有影響了，此時的電場線分布如圖乙所示圖193例2如圖194所示，兩個相同的空心金屬球m和n，m帶電荷量為q，n不帶電(m、n相距很遠，互不影響)，旁邊各放一個不帶電的金屬球p和r，當將帶正電q的小球分別放入m和n的空腔中時()圖194ap、r上均出現(xiàn)感應電荷bp、r上均沒有感應電荷cp上有而r上沒有感應電荷dp上沒有而r上有感應電荷答案d解析當將帶正電q的小球放入m的空腔中時，由于靜電感應，m的內(nèi)表面帶負電，而外表面帶正電，其電荷量為q，它與原來金屬球m外表面所帶的電荷q正好中和，使外表面不帶電這實際上是m所帶電荷q被吸引至內(nèi)表面，所以金屬球m外部不存在電場，不能使p產(chǎn)生靜電感應，p上沒有感應電荷當將帶正電q的小球放入原來不帶電的n的空腔中時，由于靜電感應，n內(nèi)表面帶負電荷，外表面帶正電荷，n外部有電場，使r產(chǎn)生靜電感應，使左端帶負電，右端帶正電，故選項d正確借題發(fā)揮對靜電屏蔽問題的分析，關鍵是抓住靜電感應現(xiàn)象的特點并認識到感應電荷的分布.靜電平衡中的感應電場1處于靜電平衡狀態(tài)的導體，內(nèi)部場強處處為零的原因是()a導體內(nèi)部無任何電場b外電場不能進入導體內(nèi)部c所有感應電荷在導體內(nèi)部產(chǎn)生的合場強為零d外電場和所有感應電荷的電場在導體內(nèi)部疊加的合場強為零答案d靜電平衡狀態(tài)導體的特征圖1952如圖195所示為一空腔球形導體(不帶電)，現(xiàn)在將一個帶正電的小金屬球a放入空腔中，當靜電平衡時，圖中a、b、c三點的場強e和電勢的關系是()aeaebec，abcbeaebec，abcceaebec，abcdeaeceb，abc答案d解析空腔球形導體在正電荷a的電場中感應的結果如圖所示，從電場線的疏密可確定a點場強大于c點場強，而b點場強為零，故eaeceb，而沿著電場線電勢降低，故abc，d選項正確靜電防護和靜電屏蔽的應用3電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，下列說法正確的是()a銅絲編織的衣服不易拉破b電工被銅絲衣服所包裹，使體內(nèi)電勢為零c電工被銅絲衣服所包裹，使體內(nèi)電場強度為零d銅線電阻小，能對人體起到保護作用答案c解析高壓線路的檢修人員在進行高壓作業(yè)時，要穿上用金屬絲網(wǎng)制成的高壓作業(yè)服，相當于把人體用金屬網(wǎng)罩起來這樣，外部電場就不會影響到人體，從而避免了感應電場對人體的傷害故選項c正確.(時間：60分鐘)題組一靜電的防止與應用1下列措施中，屬于防止靜電危害的是()a油罐車后有一條拖在地上的鐵鏈條b小汽車上有一根露在車面上的小天線c在印染廠中保持適當?shù)臐穸萪在地毯上夾雜0.050.07 mm的不銹鋼絲導電纖維答案acd解析b選項屬于防止靜電屏蔽2某農(nóng)村小塑料加工廠的高頻熱合機(焊縫用)產(chǎn)生的電磁波頻率和電視信號頻率接近，由于該村尚未通有線電視信號，空中的信號常常受到干擾，在電視熒屏上出現(xiàn)網(wǎng)狀條紋，影響正常收看為了使電視機不受干擾，可采取的辦法是()a將電視機用一金屬籠子罩起來b將電視機用一金屬籠子罩起來，并將金屬籠接地c將高頻熱合機用一金屬籠子罩起來d將高頻熱合機用一金屬籠子罩起來，并將金屬籠接地答案d解析為了使電視機能接收電磁波信號，但又不接收高頻熱合機產(chǎn)生的電磁波，應將高頻熱合機產(chǎn)生的電磁波信號屏蔽，而接地金屬籠子具有屏蔽內(nèi)電場的作用，故選項d正確3下列與靜電屏蔽無關的是()a避雷針的頂端做的很尖細b用幾萬伏的高壓電電擊關在金屬籠里的鳥，而鳥安然無恙c超高壓帶電作業(yè)的工作人員穿戴的工作服用包含金屬絲的織物制成d電視閉路線芯外常包有一層金屬網(wǎng)答案a解析避雷針是應用尖端放電的原理，其余三項均是利用了金屬對內(nèi)部的靜電屏蔽作用題組二靜電平衡中的感應電場圖1964如圖196所示，帶電體q靠近一個接地空腔導體，空腔里面無電荷在靜電平衡后，下列物理量中等于零的是()a導體空腔內(nèi)任意點的場強b導體空腔內(nèi)任意點的電勢c導體外表面的電荷量d導體空腔內(nèi)表面的電荷量答案abd解析靜電平衡狀態(tài)下的導體內(nèi)部場強處處為零，且內(nèi)表面不帶電，故選項a、d正確由于導體接地，故整個導體的電勢為零，選項b正確導體外表面受帶電體q的影響，所帶電荷量不為零，故選項c不正確圖1975如圖197所示，在真空中把一絕緣導體向帶負電的小球p緩緩靠近(不相碰)，下列說法中正確的是()ab端的感應電荷越來越多b導體內(nèi)場強越來越大c導體的感應電荷在m點產(chǎn)生的場強大于在n點產(chǎn)生的場強d導體的感應電荷在m、n兩點產(chǎn)生的場強相等答案ac解析a離的越近，導體上的電子與負電荷排斥力越大，越會向左排斥，故n端帶負電荷越多，m端帶的正電荷也越多，故a正確；b.導體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場強處處為零，故b錯誤；c、d.導體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場強處處為零，即感應電荷的場強和帶電小球的場強等大、反向、共線，由于帶電小球在m點產(chǎn)生的場強大，故感應電荷在m點產(chǎn)生的場強也大，故c正確，d錯誤；故選ac.題組三靜電平衡中電場線及電荷分布6在點電荷q的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓平面與點電荷在同一平面內(nèi)，則盤上感應電荷在盤中a點所激發(fā)的附加場強e的方向在下圖中正確的是()答案a解析感應電荷在盤中a點激發(fā)的附加場強e應與q在a點產(chǎn)生的場強等大反向，故a正確7一個不帶電的空心金屬球，在它的球內(nèi)放一個正電荷如圖所示，其電場分布正確的是()答案cd解析空心金屬球內(nèi)放一正電荷，由于靜電感應使金屬球殼帶正電，球殼上達到靜電平衡，內(nèi)部場強為零，當外殼接地時，對外具有屏蔽作用，故選項c、d正確圖1988如圖198所示，原來不帶電的金屬球殼內(nèi)壁接地，將一帶正電的小球放入其中，但不與球殼接觸，則()a球殼內(nèi)壁帶負電b球殼外壁帶正電c球殼外壁不帶電d若將接地線去掉再移去正電荷，球殼外壁帶負電答案acd解析球殼內(nèi)正電荷產(chǎn)生電場，使球殼處于靜電平衡狀態(tài)，在球殼的內(nèi)表面出現(xiàn)等量異種電荷，球殼的外表面出現(xiàn)等量同種電荷，當球殼接地時，不論內(nèi)表面接地還是球殼外表面接地，待穩(wěn)定后球殼的電勢必定為零球殼的外表面無感應電荷，球殼外也沒有靜電場，這就是接地導體殼的靜電屏蔽作用故a、c選項正確若將接地線去掉再移去球殼內(nèi)正電荷時，球殼內(nèi)表面的負電荷就會分布到球殼的外表面上，內(nèi)壁不再帶電故d選項正確圖1999如圖199所示，在絕緣板上放有一個不帶電的金箔驗電器a和一個帶正電荷的空腔導體b.下列實驗方法中能使驗電器箔片張開的是()a用取電棒c(帶絕緣柄的導體棒)先跟b的內(nèi)壁接觸一下后再跟a接觸b用取電棒c先跟b的外壁接觸一下后再跟a接觸c用絕緣導線把驗電器a跟取電棒c的導體部分相連，再把取電棒c與b的內(nèi)壁接觸d使驗電器a靠近b答案bcd解析a項中先和b的內(nèi)壁接觸后，由于b的內(nèi)壁本身沒有電荷，所以再接觸a時驗電器箔片不張開；b項中可以使c球帶電，從而使a帶電；c項中用絕緣導線實際上是將驗電器a和b連成了一個導體，a因接觸而帶電；d項中是感應起電所以b、c、d項正確10如圖，四組靜電實驗中，能使左邊的驗電器的金箔張開的是()答案ac解析處于靜電平衡狀態(tài)下的導體所帶的電荷都分布在導體的外表面，用導線連接之后，左邊的金箔也是外表面，故a、c均正確，b錯誤d選項中由于靜電屏蔽的作用，驗電器不受外電場的影響，故金箔是閉合的圖191011如圖1910所示，在兩個帶等量異種電荷的絕緣導體球之間，對稱地放著兩個相同的導體ab