1、枣庄三中西校孙明物理选修物理选修 311.7 1.7 静电现象的应用静电现象的应用第一页，共40页。第一章 电场物理选修 3 1 1.7 静电现象的应用第一页枣庄三中西校孙明1.电场的最基本的性质是什么？对放入其中的电荷有力的作用 2.金属导体的微观结构又有什么特点呢？电子电子 原子核原子核 金属导体内部的外层电子与带正电的原子核间的相互作用比较弱，故容易脱离且在金属内部游离，称为自由电子，金属导体的整体就是由大量的在平衡位置附近做无规则热振动的正离子和无规则热振动的自由电子组成。第二页，共40页。1.电场的最基本的性质是什么？对放入其中的电荷有力的作用 枣庄三中西校孙明那么，若把金属导体放入
2、电场中，又将会出现什么现象呢？金属导体内自由电子在电场力作用下将发生定向移动使两端出现不同的电荷分布，从而引起导体的某些新的性质。第三页，共40页。那么，若把金属导体放入电场中，又将会出现什么现象呢？枣庄三中西校孙明 思考：（1）将金属导体放入电场中,自由电子怎样移动？-E E （2）自由电子会在什么地方积聚？第四页，共40页。思考：-E （枣庄三中西校孙明 思考：（1）将金属导体放入电场中,自由电子怎样移动？-E E （2）自由电子会在什么地方积聚？第五页，共40页。思考：-E （枣庄三中西校孙明本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零(2)处于静电平
3、衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零导体中自由电荷在电场力作用下将发生定向移动.如果金属网罩和金属球壳接地则既能屏蔽外电场对内部的影晌，也能屏蔽内部电场对外界的影晌静电屏蔽的两种情况及本质金属网罩和金属球壳能屏蔽外电场对内部仪器的影晌，但置于其内部的电荷的电场对外界乃有影晌如图甲,导体壳没有接地时处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，空间电场的电场线起于场源正电荷，终于导体壳内表面负电荷，再起于导体壳外表面正电荷，终于无穷远，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。导体尖端的
4、电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞散，即使分子中的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。-+金属导体的微观结构又有什么特点呢？电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外面所包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰；电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业。导体球壳内(或金属网罩)达到静电平衡后，内部场强处处为0，不受外部电场的影响，内部的仪器不会受到外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。(1)处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝
5、网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业。地球是一个极大的导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它是一个等势体。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()雷电特别大时，最好单腿或双脚并拢向前跳，而不是迈大步奔跑，大跨步电压就越大。E合=E外+E内=0那么，若把金属导体放入电场中，又将会出现什么现象呢？对放入其中的电荷有力的作用让一个小孩子站在金属网罩中，给金属网罩通以50kv的高压电，小孩子会不会有生命危险！E合=E外+E内=0一.静电感应 把金属导体放在外电场E0中，由于导体内的
6、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。E E0 0A AB BC CD D第六页，共40页。本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一枣庄三中西校孙明思考 电子的积聚会出现怎样的结果？-+E EEEE合=E-E 第七页，共40页。思考 电子的积聚会出现怎样的结果？-枣庄三中西校孙明 最终会出现怎样的现象？最终会出现怎样的现象？-+E EE E合合=0=0第八页，共40页。最终会出现怎样的现象？-枣庄三中西校孙明-0 0E E-1.导体中自由电荷在电场力作用下将发生定向移动.E EE EE E2.导体两端出现感应电荷,感应电荷在导体中中产生反方向
7、的电场.第九页，共40页。-0 E-1.导体中自由电荷在电枣庄三中西校孙明0 0E E-E E-3.感应电荷的电场增到与外电场相等时，导体内合场强为零。自由电荷的定向移动停止.0 0E E-E=04.静电平衡：导体中无电荷定向移动的状态,就叫静电平衡状态.第十页，共40页。0 E-E -3.感应电荷的电场增到与外电场相等时，枣庄三中西校孙明二.静电平衡 1.发生静电感应的导体，当感应电荷产生的电场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合=E外+E内=0E EEEE EE E合合=0=0第十一页，共40页。二.静电平衡E E E 枣庄
8、三中西校孙明2.静电平衡的特点(1)处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。(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。地球是一个极大的导体，可以认为处于静地球是一个极大的导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它是一个等势体。这是我们电平衡状态，所以它是一个等势体。这是我们可以选大地做零电势体的一个原因。可以选大地做零电势体的一个原因。(3)导体内部无电场线分布，外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。第十二页，共40页。2.静电平衡的特点(1)处于静电平衡状态下的导体，内部的场强枣庄三中西校孙明第十三页，共40页。第十三页，共4 0 页。枣庄三中西校孙明法拉第圆筒实验1.
9、1.静电平衡时导体内部没有电荷，其电荷只静电平衡时导体内部没有电荷，其电荷只分布在外表面分布在外表面.三.导体上的电荷分布：第十四页，共40页。法拉第圆筒实验1.静电平衡时导体内部没有电荷，其电荷只分布在枣庄三中西校孙明2.处于静电平衡状态的导体，在导体的外表面尖端电荷分布密度大（即单位面积电荷量多），故尖端电场强度大，而凹陷的位置几乎没有电荷。第十五页，共40页。2.处于静电平衡状态的导体，在导体的外表面尖端电荷分布密度大枣庄三中西校孙明四.尖端放电1.导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞散，即使分子中的正负电荷分离
10、，这个现象叫做空气的电离。2.那些所带电荷与导体尖端的电荷相反的粒子，由于吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷，这个现象叫做尖端放电。3.应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。第十六页，共40页。四.尖端放电1.导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气枣庄三中西校孙明第十七页，共40页。避雷针第十七页，共4 0 页。枣庄三中西校孙明第十八页，共40页。第十八页，共4 0 页。枣庄三中西校孙明防雷小常识防雷小常识雷雨天，碰雷雨天，碰到断了的电到断了的电线千万不要线千万不要去碰。去碰。雷电交加时，雷电交加时，勿打手机或有勿打手机或有线电话。线电话。雷电特别大时，
11、最好单腿雷电特别大时，最好单腿或双脚并拢向前跳，而不或双脚并拢向前跳，而不是迈大步奔跑，大跨步电是迈大步奔跑，大跨步电压就越大。压就越大。打雷时不要开窗户，不要把头打雷时不要开窗户，不要把头或手伸出户外，更不要用手触或手伸出户外，更不要用手触摸窗户的金属架。摸窗户的金属架。发生雷电时，尽可能地关闭发生雷电时，尽可能地关闭各类家用电器，并拔掉电源各类家用电器，并拔掉电源插头，以防雷电从电源线入插头，以防雷电从电源线入侵。侵。第十九页，共40页。防雷小常识雷雨天，碰到断了的电线千万不要去碰。雷电交加时，勿枣庄三中西校孙明1.1.避免：尖端放电会使高避免：尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备上
12、电能损失，故高压设备导体的表面都是非压设备导体的表面都是非常光滑。常光滑。2.2.现象：夜间高压线现象：夜间高压线周围出现的绿色光晕周围出现的绿色光晕，俗称电晕，是一种，俗称电晕，是一种微弱的尖端放电。微弱的尖端放电。第二十页，共40页。高压设备1.避免：尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备枣庄三中西校孙明21 思考思考 把一只小鸟放把一只小鸟放入一个用金属网入一个用金属网制成的鸟笼中，制成的鸟笼中，再把鸟笼放入高再把鸟笼放入高压电场中，鸟会压电场中，鸟会安然无恙吗？安然无恙吗？第二十一页，共40页。2 1 思考 把一只小鸟放入一个用金枣庄三中西校孙明2023-6-2122 让一个小孩子
13、让一个小孩子站在金属网罩中站在金属网罩中，给金属网罩通，给金属网罩通以以50kv的高压的高压电，小孩子会电，小孩子会不会有生命危不会有生命危险！险！第二十二页，共40页。2 0 2 3/6/1 1 2 2 让一个小孩子站在金属网罩中，给金枣庄三中西校孙明2023-6-2123第二十三页，共40页。2 0 2 3/6/1 1 2 3 如何解释这些现象呢?第二十三页，共4 0枣庄三中西校孙明导体球壳内(或金属网罩)达到静电平衡后，内部场强处处为0，不受外部电场的影响，内部的仪器不会受到外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。五.静电屏蔽第二十四页，共40页。罩上金属网罩 导体球壳内(或金属网罩)达到静
14、电平衡后，枣庄三中西校孙明静电屏蔽实验静电屏蔽实验第二十五页，共40页。静电屏蔽实验第二十五页，共4 0 页。枣庄三中西校孙明第二十六页，共40页。静电屏蔽的应用1.电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外枣庄三中西校孙明第二十七页，共40页。2.电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套枣庄三中西校孙明第二十八页，共40页。3.三条输电线的上方还有两条导线，与大地相连，形成一个稀疏的枣庄三中西校孙明第二十九页，共40页。科学漫步第二十九页，共4 0 页。枣庄三中西校孙明静电屏蔽的两种情况及本质静电屏蔽的两种情况及本质1.1.屏蔽外电场屏蔽外电场E外电场外电场空腔导体可以屏蔽外
15、电场空腔导体可以屏蔽外电场,使空腔内物体不使空腔内物体不受外电场影响受外电场影响.E空腔导体屏蔽外电场空腔导体屏蔽外电场第三十页，共40页。静电屏蔽的两种情况及本质外电场空腔导体可以屏蔽外电场,使空枣庄三中西校孙明现象：由于静电感应，验电器箔片张开现象：由于静电感应，验电器箔片张开如图甲如图甲;将验电器放入导体网罩内部后验电器将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图乙，即外部电场影响不到箔片不张开，如图乙，即外部电场影响不到导体内部导体内部本质：是静电感应，导体外表面感应电本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为
16、零加结果为零第三十一页，共40页。现象：由于静电感应，验电器箔片张开如图甲;将验电器放入枣庄三中西校孙明2.2.屏蔽腔内电场屏蔽腔内电场 a.如图甲,导体壳没有接地时处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，空间电场的电场线起于场源正电荷，终于导体壳内表面负电荷，再起于导体壳外表面正电荷，终于无穷远，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。第三十二页，共40页。2.屏蔽腔内电场 a.如图甲,导体壳没有接地时处于内部电场枣庄三中西校孙明 b.b.导体壳接地后，如图乙所示，导导体壳接地后，如图乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现
17、在地球的另一端无穷，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，空间电场起于场源正电荷终远处，空间电场起于场源正电荷终于导体壳内表面负电荷，导体壳内于导体壳内表面负电荷，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影零，导体外部空间不受内部电场影响响 本质：仍然是静电感应，导体内本质：仍然是静电感应，导体内表面感应电荷与壳内电场在导体表面感应电荷与壳内电场在导体壳表面以外空间叠加结果为零壳表面以外空间叠加结果为零第三十三页，共40页。b.导体壳接地后，如图乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电枣庄三中西校孙明（2）自由电子会在什么地方积聚？地球是一个极大的
18、导体，可以认为处于静电平衡状态，所以它是一个等势体。静电屏蔽的两种情况及本质(1)处于静电平衡状态下的导体，内部的场强处处为零。导体壳接地后，如图乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，空间电场起于场源正电荷终于导体壳内表面负电荷，导体壳内外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部电场影响现象：夜间高压线周围出现的绿色光晕，俗称电晕，是一种微弱的尖端放电。电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外面所包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰；B的内外表面电势相等最终会出现怎样的现象？E合=E外+E内=0（1）将金属导体放入电场中,自由电子怎样移动？-+
19、静电平衡：导体中无电荷定向移动的状态,就叫静电平衡状态.避免：尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备导体的表面都是非常光滑。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()本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的场强的叠加结果为零（1）将金属导体放入电场中,自由电子怎样移动？打雷时不要开窗户，不要把头或手伸出户外，更不要用手触摸窗户的金属架。例题例题1.1.下图中下图中P P是一个带电体，是一个带电体，N N是一个不带电的金是一个不带电的金属空腔，在下列情况下，放在绝缘板上的小纸屑属空
20、腔，在下列情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中图中S S)不会被吸引的有不会被吸引的有()AD第三十四页，共40页。（2）自由电子会在什么地方积聚？例题1.下图中P 是一个带电体枣庄三中西校孙明A AB B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()A.B的空腔内电场强度为零B.B不带电C.B的内外表面电势相等D.B带负电CD第三十五页，共40页。A B 例2：如图所示，把原来不带电的金属球壳B 的外表面接地，将枣庄三中西校孙明1.1.金属网罩和金属球壳能屏蔽外电场对金属网罩和金属球壳能屏蔽外电场对内部仪器的
21、影晌，但置于其内部的电内部仪器的影晌，但置于其内部的电荷的电场对外界乃有影晌荷的电场对外界乃有影晌 屏外不屏内屏外不屏内2.2.如果金属网罩和金属球壳如果金属网罩和金属球壳接地接地则既能则既能屏蔽外电场对内部的影晌，也能屏蔽屏蔽外电场对内部的影晌，也能屏蔽内部电场对外界的影晌内部电场对外界的影晌 屏外又屏内屏外又屏内第三十六页，共40页。1.金属网罩和金属球壳能屏蔽外电场对内部仪器的影晌，但置于其枣庄三中西校孙明六六.静电现象的应用静电现象的应用1.静电的利用：静电除尘,静电喷涂、静电复印第三十七页，共40页。六.静电现象的应用第三十七页，共4 0 页。枣庄三中西校孙明第三十八页，共40页。第三十八页，共4 0 页。枣庄三中西校孙明第三十九页，共40页。第三十九页，共4 0 页。枣庄三中西校孙明第四十页，共40页。第四十页，共4 0 页。
