第一章静电场
1.7静电现象的应用学案
知识点感知
1．静电平衡
（1）静电感应现象：放在静电场中的导体，它的自由电荷受电场力作用，发生定向移动，从而重新分布，在其表面不同部分出现了正、负电荷的现象。
（2）静电平衡状态：导体上处处无电荷定向移动的状态。
（3）静电平衡条件：导体内部处处场强为零。
2．导体的静电性质
（1）导体上的电荷分布：处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体外表面上。
（2）导体上的电势分布：处于静电平衡状态导体是个等势体，导体表面是等势面，沿导体表面移动电荷，电场
力与表面切向垂直，电场力做功为零。所以电势差为零，表面是等势面。
（3）导体表面附近的场强分布：处于静电平衡状态的导体表面上任一点场强方向与该点表面垂直。
3．导体空腔的静电性质
（1）腔内无电荷时导体的性质
（2）腔内有电荷时导体的性质
（3）静电屏蔽
4.尖端放电
要点一处理静电平衡的“观点”
1．远近观
“远近观”是指处于静电平衡状态的导体，离场电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分可认为无感应电荷产生．
2．整体观
“整体观”是指把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看作是一个大导体，再用“远近观”判断它们的带电情况．
要点二静电平衡两种情况的实现方法和其本质是什么？
1．两种情况
(1)导体内空腔不受外界影响，如图1－7－2甲所示．
(2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示．
图1－7－2
2．实现过程
(1)如图甲，因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，对内实现了屏蔽．
(2)如图乙，当空腔外部接地时，外表面的感应电荷将因接地传给地球，外部电场消失，对外起到屏蔽作用．
3．本质：静电感应与静电平衡.
为什么可以把导体的带电情况看成“面分布”？
我们知道导体达到静电平衡后，电荷是分布在它的表面的，下面我们通过一个带电金属球的案例计算，说明把金
属导体看成“面分布”的理由．
设金属球的半径为R ，从手册上查得空气的击穿场强为E m ＝3×106 V/m ，空气中该金属球所能带的最大电荷量为
Q m ，可以从公式E m ＝k Q m R 2来计算，这样Q m ＝E m ·R 2
k
.
金属球表面每单位面积带电荷量Q ＝Q m 4πR 2＝E m 4πk ，把数据代入得Q ＝3×1064π×9×109
C/m 2＝2.65×10－
5 C/m 2.
原子直径d 约为2×10－
10 m ，一个原子在金属球表面所占的面积为
πd 24＝π×(2×10－
10)24
m 2＝3.14×10－
20 m 2 一个表面原子的带电荷量为
q ＝Q πd 24
＝2.65×10－5×3.14×10－20 C ＝8.3×10－
25 C
一个电子电荷量e ＝1.6×10－
19 C ，当金属球带电荷量最多时(此时球外表面场强为空气击穿场强)，与表面一个原
子相关大小面积所带电荷量只有8.3×10－
25 C ，连一个电子电荷量都不到，由此我们有充分理由把金属导体带电看成“面分布”. 课堂练习
1.下列措施中，属于防止静电危害的是( )
A ．油罐车后有一条拖在地上的铁链条
B ．小汽车上有一根露在车面上的小天线
C ．在印染厂中保持适当的湿度
D ．在地毯上夹杂0.05～0.07 mm 的不锈钢丝导电纤维 答案 ACD 解析 B 选项属于防止静电平衡．
2．下图中P 是一个带电体，N 是一个不带电的金属空腔，在哪些情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S )不会被吸引( )
答案 AD
3．如图1－7－5所示，
图1－7－5
在球壳内部球心放置带电荷量＋Q 的点电荷，球壳内有A 点，壳壁中有B 点，壳外有C 点，则下列说法正确的是( )
A ．A 、
B 两点场强均为零B ．E A >E B >E C
C ．如果A 、C 和球心在一条直线上，则A 、C 两点的场强方向相同
D ．B 点场强方向指向球心
答案 C 解析 ＋Q 放在球壳内，由于静电感应，内壁感应出负电荷，外壁感应出等量的正电荷．如下图所示，是＋Q 与感应电荷产生的电场线形状，球壳壁内部场强为零，其他地方的场强与仅存在点电荷＋Q 时产生的场强相同，故E A >E C >E B ；如果A 、C 和球心在一条直线上，则A 、C 两点场强方向相同．
4．处于静电平衡状态的导体的特点是什么？
答案(1)处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零
(2)导体表面任一点的场强方向与该处的表面垂直
(3)净电荷只能分布在导体的外表面上，电荷在导体的外表面上的分布往往是不均匀的，越尖的地方，电荷分布的密度越大，附近的电场也越强．
对一孤立的带电导体，可视为导体处于自己所带电荷的电场中，达到静电平衡时，也有以上特点.
一、静电平衡下的导体
【例1】如图1－7－3所示，
图1－7－3
一导体球A带有正电荷，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度的大小为E A.在A球球心与P点连线上有一带负电的点电荷B，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度大小为E B.当A、B同时存在时，根据场强叠加原理，P点的场强大小应为()
A．E B B．E A＋E B C．|E A－E B| D．以上说法都不对
答案D解析当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时，导体球上的电荷将均匀分布在导体球表面．根据题意，均匀分布在导体球上的电荷在P点产生的场强为E A，当把点电荷放在B点后，虽然导体球所带的总电荷量未变，但因静电感应，导体球上的电荷将重新分布，直到达到静电平衡．这时，导体球上的电荷在P点产生的场强E A′不等于E A.由于点电荷不涉及电荷如何分布的问题，它在P点产生的场强与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为E B，当点电荷与导体球A同时存在时，P点的场强应由E A′与E B叠加而成，而不是由E A与E B叠加，这样就能立即断定A、
B、C三个选项都是不对的．
二、静电平衡
【例2】将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属
图1－7－4
空心球C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图1－7－4所示，说法正确的有()
A．A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向B．A的位置不变，B往右偏离竖直方向
C．A往左偏离竖直方向，B的位置不变D．A和B的位置都不变
答案B解析带正电的小球A放在不带电的空心球C内，通过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电．因此，金属空心球C和带电小球B带异种电荷，所以B受C球的吸引往右偏离竖直方向．而由于空心球C能屏蔽小球B 所产生的外部电场，使小球A不受外电场的作用，所以A的位置不变．
题型探究
题型一静电现象的应用
在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B.下列实验方法中能使验电器箔片张开的是()
A．用取电棒(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触
B．用取电棒先跟B的外壁接触一下后再跟A接触
C．用绝缘导线把验电器跟取电棒的导体部分相连，再把取电棒与B的内壁接触
D．使验电器A靠近B
思维步步高空腔导体的特点是什么？空腔导体的外壁和内壁的带电情况如何？使验电器金属箔片张开的方法有几种？
解析在A选项中先和B的内壁接触后，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开．答案BCD
拓展探究在一个导体球壳内放一个电荷量为＋Q的点电荷，用E p表示球壳外任一点的场强，则()
A．当＋Q在球壳中央时，E p＝0 B．不论＋Q在球壳内何处，E p一定为零
C．只有当＋Q在球心且球壳接地时，E p＝0 D．只要球壳接地，不论＋Q在球壳内何处，E p一定为零
答案 D
解析如果球壳不接地，球壳内部放入的电荷会产生电场，这个电场周围的导体会感应出电荷，形成新的电场．
带电球壳的特点是：①所有电荷都分布在球外表面上，球壳内部没有净电荷．②球壳内场强为零．③如果在球壳内部放入电荷，则电场线在球壳上中断.
题型二静电平衡
一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是下图中的哪一个()
思维步步高在金属球内部的电场分布情况如何？球壳起到什么作用？在球壳外还有没有电场存在？如果有，电场指向什么方向？
解析在球壳内、外表面之间不会有电场存在，球壳的内表面上应该分布的是负电荷，外表面上应该分布的是正电荷，所以B选项正确．答案 B
拓展探究如果把该电荷移到球壳外，请叙述一下电场的分布情况．
答案当电荷移动到球壳以外之后，球壳对电场产生屏蔽，球壳内部没有电场线．
导电体放在导体内部，导体内壁感应出电荷，根据电荷守恒定律，外壁和内壁所带电荷性质相反；当电荷放在导体外部，靠近导体处感应出异种电荷，根据电荷守恒定律，远离导体处感应出同种电荷.
一、选择题
1．人们在晚上脱衣服时，有时会看到火花四溅，并伴有“劈啪”声，这是因为()
A．衣服由于摩擦而产生了静电B．人体本身是带电体
C．空气带电，在衣服上放电所致D．以上说法均不正确
答案A解析若我们身穿含有化纤成分的衣服，且始终在运动，使衣服与衣服之间、衣服和皮肤之间不停地摩擦，在摩擦中会使衣服上带有异种电荷．在脱衣服时正电荷和负电荷碰到一起就产生放电现象，于是我们听到“劈啪”的放电声音，若是晚上还可以看见火花四溅的现象．
2．一金属球，原来不带电，
图1
现沿球直径的延长线放置一点电荷，如图1所示．球内直径上a、b、c三点场强大小分别为E a、E b、E c，三者相比()
A．E a最大B．E b最大C．E c最大D．E a＝E b＝E c
答案 D
3．如图2所示，
图2
把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中．导体处于静电平衡时，下列说法正确的是() A．A、B两点场强相等，且都为零B．A、B两点场强不相等
C．感应电荷产生的附加电场E A 答案AD解析处于静电平衡状态的导体内部合场强为零，所以A选项正确．当电键闭合，导体和大地是一个整体，导体处于这个整体的尖端，把负电荷从地球上吸引过来，所以D选项正确． 4．如图3所示，金属球壳原来带电，而验电器原来不带电，现将金属球壳内表面与验电器的金属小球相连．验电器的金属箔将() 图3 A．不会张开B．一定会张开C．先张开，后闭合D．可能张开 答案 A 5．如图4所示，两个相同的空心金属球M和N，M带－Q电荷，N不带电(M、N相距很远，互不影响)，旁边各放一个不带电的金属球P和R，当将带正电Q的小球分别放入M和N的空腔中时() 图4 A．P、R上均出现感应电荷B．P、R上均没有感应电荷 C．P上有，而R上没有感应电荷D．P上没有，而R上有感应电荷 答案D解析当将带正电Q的小球放入M的空腔中时，对M产生静电感应使M的内表面带负电，而外表面带正电，其电荷量为Q，它与原来金属球M外表面所带的－Q正好中和，使外表面不带电，实际上是M所带－Q被吸引至内表面，所以金属球M外部不存在电场，不能对P产生静电感应，P上没有感应电荷．当将带正电Q的小球放入原来不带电的N的空腔中时，对N产生静电感应，使N内表面带负电荷，N外表面带正电荷，N外部有电场，对R产生静电感应，使左端带负电，右端带正电．选项D正确． 6．使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开．下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是() 答案B解析带负(正)电的金属球靠近不带电的验电器时，在验电器上感应出异种电荷，验电器的顶端带上了正(负)电荷，金属箔片带上了负(正)电． 7．如图5所示， 图5 A、B为两个带等量异号电荷的金属球，将两根不带电的金属棒C、D放在两球之间，则下列叙述正确的是() A．C棒的电势一定高于D棒的电势 B．若用导线将C棒的x端与D棒的y端连接起来的瞬间，将有从y流向x的电子流 C．若将B球接地，B所带的负电荷全部流入大地 D．若将B球接地，B所带的负电荷还将保留一部分 答案ABD解析由图所示的电场线方向可知A、B、C、D的电势高低为U A>U C>U D>U B.当用导线将C棒的x 端与D棒的y端连接的瞬间，将有自由电子从电势低的D棒流向电势高的C棒，这时C与D已通过导线连接为一个导体了，静电平衡后，它们的电势相等，C的x端仍带负电，D的y端仍带正电，而C的右端及D的左端均不带电， 即C右端的正电荷与D左端的负电荷中和掉了．当将B球接地时，一部分自由电子从低于大地电势的B球上流向大地，而一部分电子受到D棒y端正电荷的吸引而保留在靠近y的近端处，如果把带正电的A球移走，接地的B球上的负电荷才全部流入大地．故选项A、B、D正确． 二、计算论述题 8．在正点电荷Q附近有两个绝缘导体M、N，由于静电感应发生了如图6所示的电荷分布，当用导线将a、d两点连接起来时，导线中是否有电流流过，如果有电流，电流的方向是怎样的？ 图6 答案有a→d的电流 9．如图7所示， 图7 在孤立点电荷＋Q形成的电场中，金属圆盘A处于静电平衡状态．若金属圆盘平面与点电荷在同一平面内，试在圆盘内作出由盘上感应电荷形成的附加电场的三条电场线(用实线表示，要求严格作图) 答案见解析图 解析画出感应电荷形成的附加电场在圆盘内的三条电场线(实线)，如下图所示． 圆盘A处于静电平衡状态，因此内部每点的合场强都为零，即圆盘A内的每一点，感应电荷产生的电场强度都与点电荷Q在那点产生的电场强度大小相等、方向相反，即感应电荷产生的电场线与点电荷Q产生的电场线重合，且方向相反(注意图中的虚线是为了确定A内的实线而画出的，它并不表示A外部的电场线)． 10．为研究静电除尘，有人设计了一个盒状容器，容器侧面是绝缘的透明有机玻璃，它的上下底面是面积S＝0.04 m2的金属板，间距L＝0.05 m，当连接到U＝2 500 V的高压电源正、负两极时，能在两金属板间产生一个匀强电场，如图8所示．现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在容器内，每立方米有烟尘颗粒1013个，假设这些颗粒都处于静止状态，每个颗粒带电荷量为q＝＋1.0×10－17C，质量为m＝2.0×10－15kg，不考虑烟尘颗粒之间的相互作用和空气阻力，并忽略烟尘颗粒所受重力．求合上电键后： 图8 (1)经过多长时间烟尘颗粒可以被全部吸附？ (2)除尘过程中电场对烟尘颗粒共做了多少功？ (3)经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大？ 答案(1)0.02 s(2)2.5×10－4 J(3)0.014 s 解析(1)由题可知，只要上板表面的烟尘能被吸附到下板时，烟尘即被认为全部吸收．烟尘所受静电力为F＝qU/L， L＝1 2at 2＝ 1 2 F m t 2＝ qUt2 2mL 得t＝ 2m qU L＝0.02 s (2)由于板间烟尘颗粒均匀分布，可以认为烟尘的质心位于板间中点位置，因此，除尘过程中静电力对烟尘所做总 功为W＝1 2NSLqU＝2.5×10 －4 J. (3)解法一 设烟尘颗粒下落距离为h ，则板内烟尘总动能E k ＝12m v 2·NS (L －h )＝qU L h ·NS (L －h )． 当h ＝L 2 时，E k 达最大． 又据h ＝12a 2 1t 则t 1＝ 2h a ＝ m qU L ＝0.014 s 解法二 假定所有烟尘集中于板中央，当烟尘运动到下板时，系统总动能最大． 则L 2＝12 at 21 所以t 1＝ m qU L ＝0.014 s 补充训练 1.A 如图所示，将一个导体棒靠近一个带正电的验电器的金属小球，发现验电器张角逐步减小，由此可断定导体原来一定( ) A .带正电 B .带负电 C .不带电 D .无法确定 答案:B 2.B 如图所示，接地金属球A 的半径为R ，球外有一个带电荷量为Q ，到球心O 的距离为r 的点电荷.则该点电荷在球心O 处产生的场强大小等于( ) A .2 2R Q k r Q k - B .22R Q k r Q k + C .0 D .2r Q k 答案:D 3.B 一个金属球原来不带电，现沿着球的直径的延长线放置一个均匀带电细杆MN ，如图所示则金属球上感应电荷所产生的电场在球内直径上a 、b 、c 三点的场强大小E a 、E b 、E c 的大小关系为( ) A .E a 最大 B .E b 最大 C .E c 最大 D . E a =E b =E c 答案:C 4.B 如图所示，Q 为一带正电的点电荷，P 为原来不带电的枕形金属导体，a 、b 为导体内的两点.当导体P 处于静电平衡状态时( ) A .a 、b 两点的场强大小E a 、E b 的关系为E a >E b B .E a 、E b 的大小关系E a =E b =0 C .感应电荷在a 、b 两点产生的场强大小E a ′和E b ′的关系是E a ′>E b ′ D .感应电荷在a 、b 两点产生的场强大小 E a ′和E b ′的关系是E a ′=E b ′ 答案:BC 5.B 如图所示，在真空中把一绝缘导体向带负电的小球P 缓缓靠近(不相碰).下列说法中正确的是( ) A . B 端的感应电荷越来越多B .导体内场强越来越大 C .导体的感应电荷在M 点产生的场强恒大于在N 点产生的场强 D .导体的感应电荷在M 、N 两点产生的场强相等 答案:AC 6.C 如图，在两个固定电荷+q 和-q 之间放入两个原来不带电的导体，1、2、3、4为导体上的四个点.在达到静电平衡后，各点的电势分别为φ1、φ2、φ3、φ4，则( ) A .φ4>φ3>φ2>φ1 B .φ4=φ3>φ2=φ1 C .φ4<φ3<φ2<φ1 D .φ4=φ3<φ2=φ1 答案:B 二、填空题(每空6分，共30分) 7.B 如图所示，带电荷量分别为+Q 和-Q 的两个点电荷a 与b 相距L ，在a 与b 间放置一个原来不带电的导体P .当导体P 处于静电平衡状态时，感应电荷在a 、b 连线的中点c 处(c 在导体P 内)产生的电场强度大小为______，方向为______ 答案: 2 8L kQ ;沿ba 连线向左 8.B 如图所示，a 为一带电荷量q =1.0×10- 5C 的正点电荷，b 为一原来不带电的导体，c 、d 为导体b 内的两点，这两点到点电荷a 的距离都等于10cm .当导体b 处于静电平衡状态时，导体内的感应电荷在c 点和d 点产生的场强大小分别为E c =______N ／C ，E d =______N ／C .请在图中画出感应电荷在c 、d 两点产生的场强的方向. 答案:9×106;9×106;图略 9.C 如图所示，处于静电平衡状态下的导体内部有a 、b 两点，则将某电荷从a 匀速移到b 的过程中， 外力所做的功为______ 答案:0 三、计算题(每小题17分，共34分) 10.B 如图所示，长为L 的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为q 的点电荷放在距棒左端R 处，当达到静电平衡后， 棒上的感应电荷在棒内距右端 L 3 1 处产生的场强大小为多少? 答案:2 )32(9R L kq E E += =' 11.C 如图所示，空间存在一方向竖直向下的匀强电场.长L =0.5m 的绝缘细线一端固定于电场中的O 点，另一端系一带电荷量q =+4×10- 5C 、质量m =0.1kg 的小球在竖直平面内做圆周运动已知当小球以速率v =4m ／s 通过最高点A 时，绝缘细线中的张力为2N ，求匀强电场的场强大小(取g =10m /s 2) 答案:带电小球在最高点受到重力G ，拉力T ，电场力qE ，由牛顿运动定律得 C N E L v m T qE mg /105,32 ?==++ 第7节静电现象的应用 （3）导体外表面处场强方向必跟该点的表 面。 3.尖端放电：专指尖端附近空气 而产生气体放电的现象。 ： 4.导体上的电荷分布：导体表面越尖锐的位置电荷越, 凹陷的位置几乎电荷。 5.静电屏蔽：导体壳的表面“保护” 了它所包围的区域，使之不 受导体壳外表面上的或的影响，这种 现象称为静电屏蔽。 二、合作探究 1、处于静电平衡状态下导体的特点“: - I甲- 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 m 1.7-s 申悴聃 时导体所处的状态叫静电平衡状态。一叱m一 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。（3）导体外表面处场强方向必跟该点的表面垂直。 2、导体上的电何分布 A实验：研究静电平衡时导体内部的电荷。现象： 结论： B导体上的电荷分布：导体表面越尖锐的位置电 荷越密集，凹陷的位置几乎没有电荷。 C思考：如果空腔导体内有电荷，电场如何分 布？ 3、尖端放电 尖端放电：专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象。 4、静电屏蔽 A静电屏蔽：导体壳的表面“保护” 了它所包围的区域，使之不受导体壳外表面上的电荷或外界电场的影响，这种现象称为静电屏蔽。 B静电屏蔽的应用: 电学仪器和电子设备外面套有金属罩通信电缆外面包一层铅皮 高压带电作业人员穿金属网衣 通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱 三、新知应用（多媒体展示） 四、当堂检测 1.如图所示，将一个导体棒靠近一个带正 电的验电器的金属小球，发现验电器张角逐步减小，由此可断 定导体原来一定（） A.带正电 B.带负电 C.不带电 D.无法确定 2.如图所示，接地金属球A的半径为R,球外有一个带电荷量为Q, 到球心0的距离为r的点电荷.则该点电荷在球心0处产生的场强 大小等于（) A Q Q c Q Q A. k 2 k B. k —k 2 r R2r R 2 C.O D.k C2- r 3.一个金属球原来不带电，现沿着球的直径的延长线放置一个均匀带电细杆MN如图所示则金属球上感应电荷所产生的电场在球 C.E c最大 D.E a=E)=E ： 内直径上a、b、c三点的场强大小 丘、E c的大小关系为 （ A.E a最大 B.E b最大 c ----- r 7 静电现象的应用 [学科素养与目标要求] 物理观念：1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点.2.知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因. 科学探究：1.观察演示实验并对实验现象分析，体会运用所学知识进行分析推理的方法.2.查阅并搜集资料，了解静电屏蔽在技术和生活中的应用. 科学思维：会根据静电平衡条件求解感应电荷产生的场强. 一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布 1.静电平衡状态：导体中(包括表面上)没有电荷定向移动的状态. 2.静电平衡状态的特征： (1)处于静电平衡状态的导体，内部的电场处处为0. (2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直. (3)处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体的表面为等势面. 3.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表面. (2)在导体外表面，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. 二、尖端放电和静电屏蔽 1.空气的电离：导体尖端电荷密度很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，使分子中的正负电荷分离的现象. 2.尖端放电：与导体尖端异号的粒子，由于被吸引，而与尖端上电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象. 尖端放电的应用与防止： (1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施. (2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失. 3.静电屏蔽：金属壳(网)内电场强度保持为0，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响的作用叫做静电屏蔽. 静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连. 7．静电现象的应用 教材分析 本节教材是电场知识的应用。静电平衡状态及静电平衡下的导体的特点及导体上电荷的分布情况是本节的重点。教学中要重视两方面的处理：一是重视推理的过程，教学中务必使学生清楚地知道推理过程，这样才能做到不仅知道结论，而且知道这个结论是怎样得来的，以加深理解；二是重视实验和动画演示，使学生在理论和实际的结合中理解知识。 对静电屏蔽的讲解，同样需要使学生在理论和实际的结合中理解知识。在使学生理解把导体挖空这个推理过程的同时要做好实验，让学生清楚地看到静电屏蔽现象。 学情分析 学生已经学习了电场的基本知识，了解了电场的力的性质和能的性质，具备了学习本节内容的知识基础。同时学生在日常生活中也了解一些关于静电现象应用的实例。但由于本节内容较抽象，学生的感性认识较少，一些结论也较难理解，学生对静电现象的认识往往只停留在表面，会给本节内容的学习带来一定的影响。 设计思路 《静电现象的应用》是本章的难点内容，概念规律非常抽象。学生只有在老师的指导下参与探究全过程，才能深刻理解电平衡状态下导体的特点、规律。克服思维定势的负迁移和主观臆断的不良倾向，培养学生认真严谨的科学探究品质。 本课题设计的另一思路旨在让学生认真讨论，积极参与，体验探索自然规律的艰辛和喜悦。培养学生学习物理的兴趣。这也是新课改的重要内容。 本节教学设计的过程为：首先学生活动，对不带电的金属导体放入电场中发生静电现象的讨论；然后学生归纳，教师总结得出静电平衡状态下导体的特点。最后通过例题巩固加深理解。 三维目标 知识与技能 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．知道尖端放电、静电屏蔽及其应用。 过程与方法 1．培养学生的观察能力，逻辑推理的能力，分析问题的能力； 2．掌握分析和综合等思维方法。 情感态度与价值观 1．使学生在理解知识、获取知识的同时体会到了理论联系实际的意义； 2．渗透具体问题具体分析的方法。 教学重点 静电平衡导体的场强和静电荷分布的特点。 教学难点 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。视频资料，多媒体设备。 教学过程 2库仑定律 素养目标定位) ※ 知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法 ※※掌握库仑定律的内容及公式，会用库仑定律求解有关问题 ※通过静电力和万有引力的对比，体会自然规律的多样性与统一性 , 素养思维脉络) 知识点1探究影响电荷间相互作用力的因素 实验 原理 如图所示，小球B受Q的斥力，丝线偏转。 B球平衡时，__F＝mg tan_θ__，θ变大，__F变大__ 实验现象(1)小球带电荷量不变时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度越__小__；(2)小球处于同一位置时，小球所带的电荷量越大，丝线偏离竖直方向的角度越__大__ 实验结论 电荷之间的作用力随着电荷量的增大而__增大__，随着距离的增大而__减小 __ 1．库仑力 电荷间的__相互作用力__，也叫做静电力。 2．点电荷 (1)点电荷是只有电荷量，没有__大小、形状__的理想化的模型，类似于力学中的__质点__，实际并不存在。 (2)特点 ①带电体间的距离比它们自身的大小__大得多__； ②带电体的形状、大小及电荷分布状况对电荷间的__作用力__的影响可以忽略。 3．库仑定律 (1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力F 的大小，与它们的电荷量q 1、q 2 的__乘积__成正比，与它们的距离r 的__二次方__成反比，作用力的方向在它们的__连线__上。 (2)表达式：F ＝__k q 1q 2 r 2__，其中静电力常量k ＝__9.0×109__N·m 2/C 2。 方向：在两点电荷的连线上，同种电荷__相斥__，异种电荷__相吸__。 (3)适用范围：__真空中的点电荷__。 知识点3 库仑的实验 1．实验装置 库仑扭秤(如图所示) 2．实验步骤 (1)改变A 和C 之间的距离，记录每次悬丝 扭转的角度，便可找出力F 与__距离r __的关系。 (2)改变A 和C 的带电荷量，记录每次悬 丝扭转的角度，便可找出力F 与__电荷量q __之 间的关系。 3．实验结论 (1)力F 与距离r 的二次方成反比，即__F ∝1 r 2__。 (2)力F 与q 1和q 2的乘积成正比，即__F ∝q 1q 2__。所以F ∝q 1q 2r 2或F ＝k q 1q 2 r 2。 思考辨析 『判一判』 (1)两电荷的带电量越大，它们间的静电力就越大。( × ) (2)两电荷的带电量一定时，电荷间的距离越小，它们间的静电力就越大。( √ ) (3)很小的带电体就是点电荷( × ) (4)两点电荷之间的作用力是相互的，其方向相反，但电荷量大的对电荷量小的电荷作 静电现象的应用 教材分析 本节教材是电场知识的应用。静电平衡状态及静电平衡下的导体的特点及导体上电荷的分布情况是本节的重点。教学中要重视两方面的处理：一是重视推理的过程，教学中务必使学生清楚地知道推理过程，这样才能做到不仅知道结论，而且知道这个结论是怎样得来的，以加深理解；二是重视实验和动画演示，使学生在理论和实际的结合中理解知识。 对静电屏蔽的讲解，同样需要使学生在理论和实际的结合中理解知识。在使学生理解把导体挖空这个推理过程的同时要做好实验，让学生清楚地看到静电屏蔽现象。 学情分析 学生已经学习了电场的基本知识，了解了电场的力的性质和能的性质，具备了学习本节内容的知识基础。同时学生在日常生活中也了解一些关于静电现象应用的实例。但由于本节内容较抽象，学生的感性认识较少，一些结论也较难理解，学生对静电现象的认识往往只停留在表面，会给本节内容的学习带来一定的影响。 设计思路 《静电现象的应用》是本章的难点内容，概念规律非常抽象。学生只有在老师的指导下参与探究全过程，才能深刻理解电平衡状态下导体的特点、规律。克服思维定势的负迁移和主观臆断的不良倾向，培养学生认真严谨的科学探究品质。 本课题设计的另一思路旨在让学生认真讨论，积极参与，体验探索自然规律的艰辛和喜悦。培养学生学习物理的兴趣。这也是新课改的重要内容。 本节教学设计的过程为：首先学生活动，对不带电的金属导体放入电场中发生静电现象的讨论；然后学生归纳，教师总结得出静电平衡状态下导体的特点。最后通过例题巩固加深理解。 三维目标 知识与技能 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．知道尖端放电、静电屏蔽及其应用。 过程与方法 1．培养学生的观察能力，逻辑推理的能力，分析问题的能力； 2．掌握分析和综合等思维方法。 情感态度与价值观 1．使学生在理解知识、获取知识的同时体会到了理论联系实际的意义； 2．渗透具体问题具体分析的方法。 教学重点 静电平衡导体的场强和静电荷分布的特点。 教学难点 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。视频资料，多媒体设备。 教学过程 ［新课导入］ 问题：什么是静电感应现象？ 将不带电的导体靠近带电体时，导体上就带电了，靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷，这种现象叫做静电感应现象。 问题：静电感应现象的实质是什么？ 静电感应现象的实质是在电场力的作用下电荷的重新分布。 问题：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？ 第七节静电现象的应用 【知识要点】 要点一处理静电平衡的“观点” 1．远近观 “远近观”是指处于静电平衡状态的导体，离场电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分可认为无感应电荷产生．2．整体观 “整体观”是指把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看作是一个大导体，再用“远近观”判断它们的带电情况． 要点二静电平衡两种情况的实现方法和其本质是什么？ 1．两种情况 (1)导体内空腔不受外界影响，如图1－7－2甲所示． (2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示． 图1－7－2 2．实现过程 (1)如图甲，因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，对内实现了屏蔽． (2)如图乙，当空腔外部接地时，外表面的感应电荷将因接地传给地球，外部电场消失，对外起到屏蔽作用． 3．本质：静电感应与静电平衡. 【例题分析】 一、静电平衡下的导体 【例1】如图所示， 图1－7－一导体球A带有正电荷，当只有它存在时，它在空 间P点产生的电场强度的大小为E A.在A球球心与P点连线上 有一带负电的点电荷B，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度大小为E B.当A、B同时存在时，根据场强叠加原理，P点的场强大小应为() A．E B B．E A＋E B C．|E A－E B| D．以上说法都不对 答案 D 解析当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时，导体球上的电荷将均匀分布在导体球表面．根据题意，均匀分布在导体球上的电荷在P点产生的场强为E A，当把点电荷放在B点后，虽然导体球所带的总电荷量未变，但因静电感应，导体球上的电荷将重新分布，直到达到静电平衡．这时，导体球上的电荷在P点产生的场强E A′不等于E A.由于点电荷不涉及电荷如何分布的问题，它在P点产生的场强与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为E B，当点电荷与导体球A 同时存在时，P点的场强应由E A′与E B叠加而成，而不是由E A与E B叠加，这样就能立即断定A、B、C三个选项都是不对的． 二、静电平衡 【例2】将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属 图1－7－4 空心球C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C 靠近，如图1－7－4所示，说法正确的有() A．A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向 B．A的位置不变，B往右偏离竖直方向 C．A往左偏离竖直方向，B的位置不变 D．A和B的位置都不变 答案 B 解析带正电的小球A放在不带电的空心球C内，通过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电．因此，金属空心球C和带电小球B带异种电荷，所以B受C球的吸引往右偏离竖直方向．而由于空心球C能屏蔽小球B所产生的外部电场，使小球A不受外电场的作用，所以A的位置不变． 【对点练习】 1.下列措施中，属于防止静电危害的是() 静电现象的应用 知识点一：静电平衡的特点 (1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动． (2)静电平衡状态导体的特征 ①处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零． （即：外电场E 与导体两端的感应电荷产生的附加电场E ′的合场强为零，E ′＝－E .） ②处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任一点场强方向与该点的所在表面垂直． ③静电平衡状态下的导体是个等势体，表面是等势面 ④处于静电平衡状态的导体内部没有净电荷，净电荷只能分布在导体外表面上． 题型一：对静电平衡的理解 练习1．对于处在静电平衡状态的导体，以下说法中正确的是(D ) A ．导体内部既无正电荷，又无负电荷 B ．导体内部和外表面处的电场均为零 C ．导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和为零 D ．导体内部电场为零是外加电场与感应电荷产生的电场叠加的结果 题型二： 感应电荷产生的场强的计算 求解此类问题时应当明确以下两点： (1)处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零，其实质是合场强为零． (2)比较感应电荷产生的附加电场的大小、方向时，应以产生外加电场的电荷为研究对象． 练习2:长为l 的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为＋q 的点电荷放在距棒左端R 处，如图1－7－ 3所示．当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点处产生的电场 强度大小等于________，方向 ________. 【答案】 kq R ＋ L 2 2 向 左 练习3:.图中接地金属球A 的半径为R ，球外点电荷的电荷量为Q ，到球心的距离为r 。静电平衡后感应电荷在球心处产生的电场强度大小为( D ) A ．k －k B ．k ＋ C ．0 D ．k 题型三：感应电场电场线的确定 练习4．如图所示，一个方形的金属盒原来不带电，现将一个带电荷量为＋Q 的点电荷放在盒左边附 近，达到静电平衡后，盒上的感应电荷在盒子 内部产生的电场分布情况正确的是( ) 【答案】 C 题型四：静电平衡的导体的电势分布 高中物理-静电现象及其微观解释教案 【教学目的】 （1）掌握两种电荷，了解摩擦起电和感应起电，定性了解自然界仅有的两种电荷间的作用特点 （2）了解静电现象及其在生产和生活中的运用 （3）了解电荷守恒规律。能用原子结构和电荷守恒规律解释静电现象 【教学重点】 感应起电的方法和原理/电荷守恒定律 【教学难点】 感应起电的原理——运用电场有关知识，分析、推理出实验现象的成因【教学媒体】 1. 实验器材：有机玻璃棒、丝绸、碎纸片、毛皮、橡胶棒、验电器、AB筒，摩擦起电机 2. 课件：视频——静电使长发飘起来；文档——人身静电高达七八千伏【来源：《新民晚报》】 【教学安排】 【新课导入】 演示摩擦起电机的人造闪电（激发学生的兴趣），让学生分析原因。这是一种静电现象，我们不少同学觉得电既神秘又危险，对电存在很多错误的认识，甚至觉得带电就不能碰。其实不然，播放视频——静电使长发飘起来。反之在某节目中主持人说电流电死人大约要1A左右，其实只要几个mA就能电死人了。所以作为现代生活在电器时代的我们更要好好学习电学。因为这不仅是常识，还是生存的能力。 人类从很早就认识了磁现象和电现象，例如我国在战国末期就发现了磁铁矿有吸引铁的现象。在东汉初年就有带电的琥珀吸引轻小物体的文字记载，但是人类对电磁现象的系统研究却是在欧洲文艺复兴之后才逐渐开展起来的，到十九世纪才建立了完整的电磁理论。 电磁学及其应用对人类的影响十分巨大，在电磁学研究基础上发展起来的电能生产和利用，是历史上的一次技术革命，是人类改造世界能力的飞跃，打开了电气 化时代的大门。 工农业生产、交通、通讯、国防、科学研究和日常生活都离不开电。在当前出现的新技术中，起带头作用的是在电磁学研究基础上发展起来的微电子技术和电子计算机。它们被广泛应用于各种新技术领域，给人们的生产和生活带来了深刻的变化。为了正确地利用电，就必须懂得电的知识。在初中我们学过一些电的知识，现在再进一步较深入地学习。 【新课内容】 (二) 研究两种电荷及摩擦起电的成因（主要是回顾初中的知识） 1. 实验一：用橡胶棒与毛皮摩擦后，放于碎纸片附近观察橡胶棒吸引碎纸片情况。 提问一：为什么橡胶棒会吸引碎纸片？ 答：橡胶棒与丝绸摩擦后就带电了，带电物体会吸引轻小物体。 若将橡胶棒摩擦过的毛皮靠近碎纸片，会出现什么现象？ 答：毛皮带上正电，也会吸引轻小物体。 教师用实验验证学生的判断。 提问二：注意观察带电橡胶棒吸引碎纸片情况，会发现被橡胶棒吸起的纸片中，较大的纸片先落下来，这是为什么？ 答：带电体在空气中不断放电，使它带电量不断减少，因而吸引轻小物体的力也相应减小，所以较大纸片先落下来。 师：在初中的学习中，我们已经知道，自然界存在两种电荷，叫做正电荷与负电荷。用毛皮摩擦橡胶棒，用丝绸摩擦有机玻璃棒后，橡胶棒带负电，毛皮带正电，有机玻璃棒带正电，丝绸带负电。物体带电后，能吸引轻小物体，而且带电越多，吸引力就越大，这种摩擦起电是怎么形成的呢？ 答：物体是由带正电的原子核和核外电子构成的。摩擦使物体中的正负电荷分开。（不带电物体，正负电荷等量）失去一些电子的物体带正电。得到一些电子的物体带负电。 师：对，我们可以看到这又是一个守恒的过程。即：电荷守恒：电荷不能创造，不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分。反之，如果正电荷和负电荷相接触呢？ 2019-2020年高中物理第1章第7节静电现象的应用课后强化演练（含解析） 新人教版选修3-1 一、选择题 1．一个带电金属球，当它带的电荷量增加后(稳定)，其内部场强( ) A．一定增强B．一定减弱 C．可能增强也可能减弱D．不变 解析：无论金属球带多少电荷，处于静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，故D项正确． 答案：D 2.如图所示，带电体Q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷．在静电平衡后，下列物理量中等于0的是( ) A．导体腔内任意点的电场强度B．导体腔内任意点的电势 C．导体外表面的电荷量D．导体空腔内表面的电荷量 解析：静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为零，且内表面不带电，故选项A、D正确；由于导体接地，故整个导体的电势为0，选项B正确；导体外表面受带电体Q的影响，靠近Q的一端带负电荷，故所带电荷量不为零，故选项C不正确． 答案：ABD 3．关于避雷针，以下说法正确的是( ) A．避雷针避雷是中和云层的异种电荷 B．避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地 C．为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形 D．避雷针安装在高大建筑物顶部，而不必接地 解析：避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地，必须接到大地，故AD项错，B项正确；导体尖端的电荷密度大，附近的电场很强，把避雷针顶端设计成球形不利于把云层中的离子吸引到尖端，故C项错误． 答案：B 4．(xx·闵行区一模)下列哪个措施是为了防止静电产生的危害( ) A．在高大的烟囱中安装静电除尘器B．静电复印 C．在高大的建筑物顶端装上避雷针D．静电喷漆 解析：静电除尘器、静电复印和静电喷漆都利用了静电现象，在高大的建筑物顶端装上避雷针可以把雷电引入地下，保护建筑物的安全，防止静电产生的危害，C选项正确． 答案：C 5．如图(甲)所示，ab为原来不带电的细导体棒，q为一带正电的点电荷，当达到静电平衡后，导体棒上的感应电荷在棒内O点处产生的场强大小为E1，O点的电势为U1.现用一导线把导体棒的b端接地，其 高二物理1.7静电现象的应用导学案 班级学号姓名 [学习任务] 1、理解静电感应现象,知道静电平衡条件； 2、理解静电屏蔽 重点难点 重点：静电现象的应用 难点：静电感应现象的解释 [课前预习] 一、静电平衡状态下的电场： 1、静电平衡条件： 2、导体达到静电平衡特点： ① ② ③ 二、尖端放电 1、解释： 2、应用： 三、静电屏蔽 [合作探究] 例：如图1—7一18所示，点电荷A和B带电荷量分别为 8 3.010- ?C和8 2.410- -?C,彼此相距6 cm。若在两点电荷连线 中点O处放一个半径为1 cm 的金属球壳，求球壳上感应电荷在 该中点处产生的电场强度。 [自我检测] 1．专门用来运输柴油、汽油的油罐车，在它的尾部都装有一条拖在地上的铁链，对它的作用下列说法正确的是( ) A．让铁链与路面摩擦产生静电，使油罐车积累一定的静电荷 B．让铁链发出声音，以引起其他车辆的注意 C．由于罐体与油摩擦产生了静电，罐体上的静电被铁链导人大地，从而避免了火花放电 D．由于罐体与油摩擦产生了静电，铁链将油的静电导人大地，从而避免了火花放电 2．避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是( ) A ．云层中带的电荷被避雷针通过导线导人大地 B ．避雷针的尖端向云层放电．中和了云层中的电荷 C ．云层与避雷针发生摩擦．避雷针上产生的电荷被导人大地 D ．以上解释都不正确 3．如图1—7—14所示，带电体+Q 靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷。在静电平衡后，下列物理量中等于零的是( ) A ．导体腔内任意点的场强 B ．导体腔内任意点的电势 C ．导体外表面的电荷量 D ．导体空腔内表面的电荷量 4．在点电荷一Q 的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中A 点所激发的附加场强E 的方向在下图中正确的是 ( ) 5．如图1—7一15所示，一个原来不带电的中空金属球， 其上开一个小孔，若将一个带负电的小球放入且不与金属球接触，则金属球外表面带 电，内表面带 电；若用手接触一下金属球后移走带电小球，则金属球的外表面带 电；若带电小球与金属球的内壁接触，当把带电小球移走后，金属球外表面带 电荷。 6．如图1—7—16所示，在真空中把一绝缘导体AB 向带负电的小球P 缓慢地靠近(不接触，且未发生放电现象)时，下列说法中正确的是 ( ) A ． B 端的感应电荷越来越多 B ．导体内部场强越来越大 C ．导体的感应电荷在M 点产生的场强大于在N 点产生的场强 D ．导体的感应电荷在M 、N 两点产生的场强相等 7．如图1—7—17所示，水平放置的金属板正上方放有一固定的正点电荷Q ，一表面绝缘的带正电小球(可视为质点且不影响Q 的电场)，从左端以初速度0v 滑上金属板，沿光滑的上表面向右运动到右端，在该运动过程中( ) A ．小球做匀速直线运动 B ．小球先做减速运动，后做加速运动 C ．小球的电势能保持不变 D ．静电力对小球所做的功为零 [学后反思] 教师学科教案[ 20 – 20 学年度第__学期] 任教学科：_____________ 任教年级：_____________ 任教老师：_____________ xx市实验学校 教科版小学科学四年级下册《生活中的静电现象》教案 教材分析：这是教科版科学四下课程第一单元的第一节课。本节课的教学内容分3个部分：（1）体验静电现象。通过一些小游戏和交流，让学生能感受到静电现象存在于我们周围的一切物质中，是随处可见的。 （2）研究不一样的电荷。这是引导学生从对静电现象的原始认识到对静电现象进行科学解释的过程，通过实验帮助学生认识：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。并与磁铁两极的相互作用联系起来。 （3）让电荷流动起来。这部分内容帮助学生发展对电荷的认识，也是后面学习电流的基础。 以上三个活动的结构属于线型结构，是递进关系。它在本单元的地位是让学生从对静电的元认知到对电的本质的一个初步认识，为后面几课学习电的其他知识打下基础。 学情分析：对静电现象，学生并不陌生，生活中也经历过，可能学生也能说出静电这样的科学语言。但绝大多数学生没有对静电现象进行过深入探究，特别对正负电荷及电荷间的相互作用知之甚少，对电流的概念也是 教学思路：一、以小魔术引入，利用学生周边材料和教师提供材料，让学生做一做，体验静电。再通过让学生交流生活中的静电现象，辅以图片补充，让学生感受静电现象无处不在，存在于任何物质中。二、通过问题“静电既然存在于所有的物质中，为什么我们通常感受不到物体带电呢？”引到第二个活动，通过动画讲解，学生举例解释，板书小结，让学生理解这个问题。再通过实验研究电荷间的相互作用，认识到同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。并让学生与磁铁两极的相互作用联系起来。三、通过让学生“用带电吸管点亮小灯泡”的情境创设，引到“带静电的物体，电荷却不能持续流动”，再到电流、电路。四、通过将掉下的轻小物体捡干净应用到静电，再到更小的粉尘的收集让学生有创新的意识。 教学设计： 一、教学目标 科学概念： 生活中有很多静电现象，通过摩擦等方式可以使物体带电。 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 电荷在电路中持续流动起来可以产生电流。 过程与方法： 根据已有知识，运用逻辑推理，对观察到的现象进行合理的解释。 情感态度价值观：发展探究身边科学现象的兴趣。 二、教学重难点 重点：运用逻辑推理，对实验现象进行合理的解释。 难点：认识正负电荷，通过实验解释电荷之间的吸引和排斥关系。 三、教学准备 分组材料：1.尺子和水笔（学生带）、塑料梳子、吸管2、塑料袋2、布2、碎纸屑与小盒子、盘子。2.吹塑纸4条，一端涂色，2条红，2条蓝；珠针2枚，记录表1份。 教师材料：魔术用（吸管）、泡沫板板书、实验材料、课件、纸带绳、简单电路材料。 高二物理 （4.5 电磁感应现象的两类情况 第1课时）导学提纲 §4.2 探究感应电流的产生条件 ） 导学提纲 【自主学思】 由于引起磁通量的变化的原因不同感应电动势产生的机理也不同，一般分为两种：一种是 不变，导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势，这种电动势称作 ，另外一种是 不动，由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作 。 1、感应电场：19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出，变化的 磁场会在周围空间激发一种电场，我们把这种电场叫做感应电场。 静止的电荷激发的电场叫 ，静电场的电场线是由 发出，到 终止，电场线 闭合，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是 的，如图所 示，如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流，或者说导体中产生感应电动势。 感应电场是产生 或 的原因，感应电场的方向也可以由 来判断。感应电流的方向与感应电场的方向 。 2、感生电动势：（1）产生：磁场变化时会在空间激发 ，闭合导体中的 在电场力的作用下定向运动，产生感应电流，即产生了感应电动势。（2）定义：由感生电场产生的感应电动势称为 。 （3）感生电场方向判断： 定则。 3、洛伦兹力与动生电动势 导体切割磁感线时会产生感应电动势，该电动势产生的机理是什么呢？ 导体切割磁感线产生的感应电动势与哪些因素有关？ 它是如何将其他形式的能转化为电能的？ 动生电动势（1）产生： 运动产生动生电动势（2）大小：E= （B 的方向与v 的方向 ） 1、自主探究 一、电磁感应现象中的感生电场 常用电源的电动势是由非静电力移动电荷做功使电源两极分别带上异种电荷，电磁感应现象中的感应电动势又是怎样产生的呢？ 1、感生电场：右图所示，一个闭合电路静止于磁场中，当磁场由弱变强时，闭合电路中产生了感应电动势与感应电流，这时又是什么力相当于非静电力促使电荷发生定向移动的？ 2、阅读课本例题，回答下列问题： ①真空室内的磁场由谁提供？当电磁铁的电流恒定时，真空室内的电子受力如何？ ②当电磁铁中通有图示方向均匀减小的电流时，所激发的磁场和感应电场怎样？真空室中的电子受力怎样？能使电 班级 姓名 小组 【学习目标】 1．知道电磁感应现象中的感生电场及共作用。 2．会用相关公式计算电磁感应问题。 3．了解电磁感应现象中的洛伦兹力及其作用。 【教学重、难点】 1.感生电动势和动生电动势产生的原因。 2.电磁感应问题的计算。 B E 教学设计(二) 整体设计 教学目标 (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。 教学重点：静电平衡状态。 教学难点：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)新课教学 1．电场中的导体 (1)金属导体的特征：由做热运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： (3)问题：1.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？ 2．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？ 3．静电屏蔽后金属导体内部有电场吗？ 答：1.使空间电场重新分布。 2．源电荷的电场使导体内部自由电子定向移动。 3．静电平衡状态：导体(包括表面)中没有电荷定向移动时的状态叫静电平衡状态。没有。 2．静电平衡状态下导体的特点 (1)内部场强处处为零(若不为0，则自由电子将继续移动直至合场强为0)。 (2)导体中没有自由电荷定向移动。 (3)净电荷分布在导体外表面。 实验证明：法拉第圆筒实验。 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。反证法：若内部有净电荷，则内部场强不为0，导体就不是处于静电平衡状态。 (4)导体表面附近的电场线与表面垂直。 (5)静电平衡时导体周围电场分布： 上图空间实际电场分布，不会出现虚线电场线。 3．静电屏蔽 (1)空腔导体的特点： 净电荷只分布在外表面，内表面不带电，空腔内没有电场。 (2)静电屏蔽 外部电场对内部仪器没有影响 若将源电荷置于空腔内，则外对内没有影响，但内对外有影响。 实验演示：将收音机置于金属网罩内则声音大小减小。 若将球壳接地，则内外各不影响(较难)。 (3)应用：电学仪器和电子设备外面套有金属罩、通信电缆外面包一层铅皮、高压带电作业人员穿金属网衣、通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱。 4．巩固练习 例1如图所示，在一个原来不带电的金属导体壳的球心处放一正电荷，试分析A、B、C三点的场强() A．E A≠0，E B＝0，E C＝0 B．E A≠0，E B≠0，E C＝0 C．E A≠0，E B≠0，E C≠0 D．E A＝0，E B≠0，E C＝0 例2如图所示，A、B是两个架在绝缘支座上的金属球，都不带电，中间用导线连接，现用一带正电的小球C靠近B，用手摸一下B球，再撤去导线，然后移走C球，则A、B 带电情况… () 高中物理同步学案人教版第一章静电场 一、电荷及其守恒定律 ［要点导学］ 1．自然界中只存在两种电荷：同种电荷互相，异种电荷互相。2．电子和质子带有等量的异种电荷，电荷量e＝C。实验指出，所有带电体的电荷量差不多上电荷量e的。因此，电荷量e称为。电荷量e的数值最早是由美国物理学家测得的。 3．使不带电的物体通过某种方式转化为带电状态的过程叫。常见的起电方式有、和等。例如：一个带电的金属球跟另一个与它完全相同的不带电的金属球接触后，两者必定带上等量同种电荷；用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒带电；不带电的导体在靠近带电体时，导体中的自由电荷受到带电体的作用而重新分布，使导体的两端显现电荷。 4．电荷守恒定律：电荷既不能，也可不能，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移的过程中，电荷量的总量保持不变。电荷守恒定律是自然界重要的差不多定律之一。在发生正负电荷湮没的过程中，电荷的代数和仍旧不变，因此电荷守恒定律也常常表述为：一个与外界没有电荷交换的系统，电荷的代数和保持不变。 5．原子核的正电荷数量与核外电子的负电荷的数量一样多，因此整个原子对表现为电中性。 6．不同物质的微观结构不同，核外电子的多少和运动情形也不同。在金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫做自由电子。失去这种电子的原子便成为带正电的离子，离子都在自己的平稳位置上振动而不移动，只有自由电子穿梭其中。因此金属导电时只有在移动。 ［范例精析］ 例1 图1-1-1所示，A、B、C是三个安装在绝缘支架上的金属体，其中C球带正电，A、B两个完全相同的枕形导体不带电。试咨询：〔1〕如何使A、B都带等量正电？〔2〕如何使A、B都带等量负电？〔3〕如何使A带负电B带等量的正电？ 解析利用静电感应的原理能够轻松解决此题。〔1〕把AB紧密靠拢，让C靠近B，那么在B端感应出负电荷，A端感应出等量正电荷，把A与B分开后再用 静电的防止与利用 【教学目标】 1．知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡产生的条件。 2．掌握静电平衡状态下的导体特点。 3．了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用。 【教学重难点】 掌握静电平衡状态下的导体特点。 【教学过程】 一、复习提问、新课导入 教师：上为什么给车加油前要触摸一下静电释放器？ 学生回答：略 教师投影展示问题：把一只小鸟放入一个用金属网制成的鸟笼中，再把鸟笼放入高压电场中，鸟会安然无恙吗？如果人在金属笼子里，给笼子加上高压电，人安全吗？ 教师：带着这两个疑问，本节课我们一齐来学习《静电的防止与利用》。（板书课题）二、新课教学 （一）静电感应 教师：把金属导体放入电场中，导体上会出现怎样的现象？ 画图阐述：在电场中的导体沿着电场强度方向两端出现等量异种电荷的现象叫做静电感应。 （二）静电平衡 提问：1．电子的聚集会出现怎样的结果？ 提问：2．电子是否会永远这样定向运动下去？ 画图阐述：当导体内的自由电子不再发生定向移动时，导体达到静电平衡状态。 提问：3．最终会出现怎样的现象？ 总结：静电平衡的条件 通过学生们互相讨论积极回答： （三）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．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。 巩固练习 例1：如图，长为L的导体棒原来不带电，现将一带电量为q的点电荷放在距棒左端为R的某点。当达到静电平衡时，棒上感应电荷在棒内中点处产生的场强的大小为多大？ （四）静电平衡时导体上电荷的分布的特点 1．静电平衡时导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。 2．处于静电平衡状态的导体，在导体的外表面越尖锐的位置，电荷的密度越大（即单位面积电荷量多），周围的场强越大。 3．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，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。 （五）静电屏蔽 1．静电屏蔽的定义 教师：回到课前的问题：把一只小鸟放入一个用金属网制成的鸟笼中，再把鸟笼放入高压电场中，鸟会安然无恙吗？如果人在金属笼子里，给笼子加上高压电，人安全吗？ 演示：处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的表面，如果将这个导体掏空呢？ 静电平衡时，内部没有电荷，所以导体壳内空腔里的电场强度也处处为0。 第1课时 电荷守恒定律 库仑定律 导学目标 1.能利用电荷守恒定律进行相关判断.2.会解决库仑力参与的平衡及动力学问题． 一、电荷守恒定律 [基础导引] 如图1所示，用绝缘细线悬挂一轻质小球b ，并且b 球表面镀有一层 金属膜，在靠近b 球旁有一金属球a ，开始时a 、b 均不带电，若给a 球带电，则会发生什么现象？ [知识梳理] 1．物质的电结构：构成物质的原子本身包括：__________的质子和 __________的中子构成__________，核外有带________的电子，整个原子对外 图2 ____________表现为__________． 2．元电荷：最小的电荷量，其值为e ＝________________.其他带电体的电荷量皆为元电荷的__________． 3．电荷守恒定律 (1)内容：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体________到另一个物体，或者从物体的一部分________到另一部分；在转移过程中，电荷的总量____________． (2)起电方式：____________、____________、感应起电． (3)带电实质：物体带电的实质是____________． 思考：当两个完全相同的带电金属球相互接触时，它们的电荷如何分配？ 二、库仑定律 [基础导引] 如图2所示，两个质量均为m 的完全相同的金属球壳a 和b ，其 壳层的厚度和质量分布均匀，将它们固定于绝缘支座上，两球心 间的距离l 为球半径的3倍．若使它们带上等量异种电荷，电荷 量的绝对值均为Q ，试比较它们之间的库仑力与kQ 2 l 2的大小关系， 如果带同种电荷呢？ [知识梳理] 1．点电荷：是一种理想化的物理模型，当带电体本身的______和________对研究的问题影响很小时，可以将带电体视为点电荷． 2．库仑定律 (1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成____________，与它们的距离的二次方成________，作用力的方向在它们的________上． (2)公式：F ＝________________，其中比例系数k 叫做静电力常量，k ＝9.0×109 N·m 2/C 2. (3)适用条件：①__________；②____________. 3．库仑定律的理解：库仑定律的适用条件是真空中的静止点电荷．点电荷是一种理想化的物理模型，当带电体间的距离远远大于带电体的自身大小时，可以视其为点电荷而适用库仑定律，否则不能适用． 思考：在理解库仑定律时，有人根据公式F ＝k q 1q 2 r 2，设想当r →0时得出F →∞的结论， 请分析这个结论是否正确 . 考点一 电荷守恒定律及静电现象 考点解读 1．使物体带电的三种方法及实质 摩擦起电、感应起电和接触带电是使物体带电的三种方法，它们的实质都是电荷的转 教师辅导讲义 年级：高二辅导物理课时数： 课题静电现象的应用 教学目的 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。 教学内容 1．静电平衡状态 (1)概念：导体内的自由电子不发生定向移动时，导体就达到了静电平衡状态． (2)静电平衡状态导体的特征 ①处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零． ②处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任一点场强方向与该点的所在表面垂直． ③静电平衡状态下的导体是个等势体． ④处于静电平衡状态的导体内部没有净电荷，净电荷只能分布在导体外表面上． 2．尖端放电 (1)达到静电平衡时，导体表面越尖的地方，电荷分布的密集度越大． (2)尖端放电：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，使周围中性空气分子电离成正负离子，那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子被吸引到尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷，这种现象叫做尖端放电． (3)应用与防止 应用举例：避雷针；防止举例：高压输电设备的表面尽量做得光滑，避免放电． 3．对于处在静电平衡状态的导体，以下说法中正确的是() A．导体内部既无正电荷，又无负电荷 B．导体内部和外表面处的电场均为零 C．导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和为零 D．导体内部电场为零是外加电场与感应电荷产生的电场叠加的结果 答案 D 4．一个带电金属球，当它带的电荷量增加后(稳定)，其内部场强() A．一定增加 B．一定减弱 C．可能增加也可能减弱 D. 不变 答案 D 【概念规律练】 知识点一感应电荷产生的场强的计算 1. 如图1所示，长为l的导体棒水平放置，原来不带电，现将一带电荷量为＋q的点电荷放在距离棒左端R处，当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒的中点处产生的场强等于多少？方向如何？ 图1吉林省伊通满族自治县高中物理第一章静电场1.7静电现象的应用学案无答案新人教版选修3_1
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