高中物理 第一章 静电场 1.7 静电现象的应用学案新人教版选修3-1 .doc

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1、第七节静电现象的应用【教学三维目标】1．知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态2．理解静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零3．知道静电屏蔽及其应用【重点难点】静电平衡状态电场中导体的特点【教学方法】推理归纳法、问题解决法、实验法【教具准备】验电器、法拉第圆筒、有绝缘柄的金属球一个、金属网罩、收音机、感应起电机、导线若干【教学过程】(一)复习提问1、什么是静电感应现象？2、静电感应现象的实质是什么？3、在静电感应时用手摸一下导体，再移走源电荷，则导体带什么电？+－－＋＋＋－若将导体接地则情况如何？左端接地呢？(二)新

2、课教学一、电场中的导体1、金属导体的特征：由做热振动的正离子和做无规则热运动的自由电子组成2、静电感应现象+－－＋＋＋－问题：在源电荷的电场中引入金属导体后会对空间各点的场强有影响吗？是什么作用使金属内的电子定向移动的？此移动一直进行吗？金属导体内部有电场吗？答：使空间电场重新分布　源电荷的电场使导体内部自由电子定向移动　　静电平衡状态3、静电平衡：（1）定义：发生静电感应时，导体内的自由电子受到电场力作用而定向移动，使导体中的正负电荷重新分布，这时感应的正负电荷产生的附加电场的场强大小等于外电场，方向相反，使得导体中的合场强为零。导体内

3、的自由电荷不再定向移动的状态，叫做静电平衡状态。注意：①应当注意的是外电场既可以是匀强电场也可以是点电荷的电场。如果是点电荷的电场，要注意不同点的场强往往不同，所以感应电场的不同点也就往往不同。②金属导体建立静电平衡状态的时间是短暂的。（2）条件：=0。(3)特点：①内部的电场处处为零。即=0。②导体表面任何一点的场强方向都跟表面垂直，即电场线与导体表面垂直；③带电导体的静电荷只能分布在外导体表面上，且表面的电荷分布与表面弯曲半径有关，尖端部分电荷密度大，该处的场强也大；理论证明：中性导体带电后，由于同种电荷相互排斥，净电荷只能分布在表面

4、反证法：若内部有自由电荷，则内部场强不为0，导体就不是处于静电平衡状态+－－＋＋＋－④导体是一个等势体，表面是一个等势面二、静电屏蔽1、定义：静电感应可使金属网罩或金属内的场强为零，遮挡住了外界电场对它们的影响，这种现象叫静电屏蔽。2、静电屏蔽包括两种情况（1）壳内空间的场①壳内空间无带电体的情况：不论壳外带电体情况如何，壳内空间各点场强必然为零。②壳内空间有带电体的情况：这时壳内空间将因壳内带电体的存在而出现电场。壳的内壁也会出现电荷分布，但是可以证明：这一电场只由壳内带电体及壳的内壁形状决定而与壳外情况无关。也就是说，壳外电荷对壳内电

5、场仍无影响。（2）壳外空间的场①壳外空间无带电体的情况：直观解释：壳外壁的感生电荷全部沿接地线流入大地（负），因此它们在壳外激发的场强不复存在。②壳外空间有带电体的情况：综上述：封闭导体壳（不论接地与否）内部电场不受壳外电荷的影响，接地封闭导体壳外部分电场不受壳内电荷的影响。记忆方法：1、（网）外不影响（网）内；2、（网）接地，（网）内不影响（网）外。注意：静电屏蔽不是金属网罩把电场挡住，而是金属网罩感应电荷的电场与原电场叠加，合场强为零。三、尖端放电导体尖端的电荷特别密集，尖端附近的电场特别强，就会发生尖端放电　强电场作用下，物体尖锐部

6、分发生的一种放电现象称为尖端放电,他属于一种电晕放电。他的原理是物体尖锐处曲率大，电力线密集，因而电势梯度大，致使其附近部分气体被击穿而发生放电。如果物体尖端在暗处或放电特别强烈，这时往往可以看到它周围有浅蓝色的光晕.　　通常情况下，空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离。由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了，空气电离后产生的负电荷就是负离子，失去原子的电荷带正电，叫做正离子。　　（对孤立导体）导体表面有电荷堆积时，电荷密度与导体表面的

7、形状有关。在凹的部位电荷密度接近零，在平缓的部位小，在尖的部位最大。当电荷密度达到一定的量值后，电荷产生的电场会很大，以至于把空气击穿（电离），空气中的与导体带电相反的离子会与导体的电荷中和，出现放电火花，并能听到放电声。　　如高压线有轮廓的地方，就会出现尖端放电。由于接到电源上，它一边放电，一边不停的提供放电需要的电荷，这种放电会持续下去。避雷针是另外一个好的例子。高大建筑物上安装避雷针，当带电云层靠近建筑物时，建筑物会感应上与云层相反的电荷，这些电荷会聚集到避雷针的尖端，达到一定的值后便开始放电，这样不停的将建筑物上的电荷中和掉，永远

8、达不到会使建筑物遭到损坏的强烈放电所需要的电荷。雷电的实质是2个带电体间的强烈的放电，在放电的过程中有巨大的能量放出。建筑物的另外一端与大地相连，与云层相同的电荷就流入大地。显然，要是避雷针起