靜電平衡與靜電屏蔽

1 電 場(chǎng) 的 重 要 性 質(zhì) 是 什 么 ？ 答 ： 對(duì) 放 入 其 中 的 電 荷 有 力 的 作 用 。2 導(dǎo) 體 的 重 要 特 征 （ 或 說(shuō) 導(dǎo) 體 導(dǎo) 電 的 原 因 ） 是 什 么 ？ 答 ： 導(dǎo) 體 內(nèi) 部 有 大 量 自 由 電 荷 。3 把 不 帶 電 金 屬 導(dǎo) 體 放 入 電 場(chǎng) 中 ， 會(huì) 發(fā) 生 什 么 現(xiàn)象 ? 答 :靜 電 感 應(yīng)【 復(fù) 習(xí) 提 問(wèn) 】 放 在 電 場(chǎng) 中 的 導(dǎo) 體 會(huì) 發(fā) 生 什 么 現(xiàn) 象 ？外 電 場(chǎng) 力 作 用自 由 電 子 開(kāi) 始 定 向 移 動(dòng)導(dǎo) 體 兩 端 出 現(xiàn) 感 應(yīng) 電 荷感 應(yīng) 場(chǎng) 強(qiáng) 越 來(lái) 越 大合 場(chǎng) 強(qiáng) 越 來(lái) 越 小合 場(chǎng) 強(qiáng) 為 0時(shí)自 由 電 子 停 止 定 向 移 動(dòng)演 示 實(shí) 驗(yàn) 1. 靜 電 平 衡 ： 導(dǎo) 體 中 （ 包 括 表 面 ） 沒(méi) 有 電 荷的 定 向 移 動(dòng) 的 狀 態(tài) ， 叫 做 靜 電 平 衡 。問(wèn) 題 ： 電 子 的 定 向 移 動(dòng) 能 否 持 續(xù) 不 斷 地 進(jìn) 行 下 去 ？ 2.靜 電 平 衡 特 點(diǎn) （ 1） 導(dǎo) 體 處 于 靜 電 平 衡 狀 態(tài) 時(shí) ， 內(nèi) 部場(chǎng) 強(qiáng) 處 處 為 零 。 （ 2） 靜 電 平 衡 狀 態(tài) 時(shí) 的 導(dǎo) 體 ， 電 荷 只分 布 在 導(dǎo) 體 的 外 表 面 上 ， 導(dǎo) 體 的 內(nèi) 部不 可 能 存 在 有 電 荷 這 個(gè) 特 點(diǎn) 可 以 用 法 拉 第 圓 筒 實(shí) 驗(yàn) 來(lái) 驗(yàn) 證 法 拉 第 圓 筒 實(shí) 驗(yàn) （ 3） 處 于 靜 電 平 衡 狀 態(tài) 的 導(dǎo) 體 表 面 上 任一 點(diǎn) 場(chǎng) 強(qiáng) 方 向 與 該 點(diǎn) 表 面 垂 直 。 可 用 反 證法 證 明 ， 若 不 垂 直 ， 沿 表 面 有 切 向 分 量 ，電 荷 將 發(fā) 生 定 向 移 動(dòng) 。 證 明（ 4） 處 于 靜 電 平 衡 狀 態(tài) 導(dǎo) 體 是 個(gè) 等 勢(shì) 體 。導(dǎo) 體 表 面 是 等 勢(shì) ， 沿 導(dǎo) 體 表 面 移 動(dòng) 電 荷 ，電 場(chǎng) 力 與 表 面 切 向 垂 直 ， 電 場(chǎng) 力 做 功 為 零 。 所 以 電 勢(shì) 差 為 零 ， 表 面 是 等 勢(shì) 面 。 內(nèi) 部 處處 E=0， 任 兩 點(diǎn) 間 移 動(dòng) 電 荷 ， 電 場(chǎng) 力 為 零 ，任 兩 點(diǎn) 等 勢(shì) ， 所 以 是 等 勢(shì) 體 。 演 示 實(shí) 驗(yàn)1 靜 電 屏 蔽 ： 導(dǎo) 體 殼 或 金 屬 網(wǎng) 罩 （ 無(wú) 論 接 地與 否 ） 可 以 把 外 部 電 場(chǎng) 遮 住 ， 使 其 內(nèi) 部 不 受外 電 場(chǎng) 的 影 響 ， 這 種 現(xiàn) 象 叫 做 靜 電 屏 蔽 2 解 釋 ： 處 于 靜 電 平 衡 狀 態(tài) 的 導(dǎo) 體 ， 內(nèi) 部 場(chǎng)強(qiáng) 處 處 為 零 ， 將 導(dǎo) 體 挖 空 ， 變 成 一 個(gè) 導(dǎo) 體 殼 ，殼 內(nèi) 的 場(chǎng) 強(qiáng) 仍 處 處 為 零 ， 金 屬 網(wǎng) 罩 可 以 起 到導(dǎo) 體 殼 的 作 用 ， 所 以 能 使 導(dǎo) 體 殼 內(nèi) 或 金 屬 網(wǎng)罩 內(nèi) 的 區(qū) 域 不 受 外 部 電 場(chǎng) 的 影 響 帶 電 鳥(niǎo) 籠 中 的 鳥(niǎo) 為 什么 安 然 無(wú) 恙 ？因?yàn)榻饘倬W(wǎng)罩屏蔽了外部的電場(chǎng)，網(wǎng)罩內(nèi)部沒(méi)有電場(chǎng)，也不帶電，所以鳥(niǎo)能安然無(wú)恙。 特 別 注 意 ： 利 用 靜 電 屏 蔽 裝 置 屏 蔽 外 部 的 電 場(chǎng) 時(shí) ，金 屬 外 殼 接 地 與 不 接 地 都 可 以 起 到 效 果 。 但 是 ， 利 用 靜 電 屏 蔽 裝 置 屏 蔽 內(nèi) 部 的電 場(chǎng) 時(shí) ， 金 屬 外 殼 必 須 接 地 ， 否 則 起 不 到屏 蔽 的 效 果 。演 示 實(shí) 驗(yàn) 3 靜 電 屏 蔽 的 應(yīng) 用 （ 1） 電 學(xué) 儀 器 和 電 子 設(shè) 備 外 面 的 金 屬 罩 ， 通 訊 電纜 外 面 包 的 一 層 鉛 皮 ， 可 以 防 止 外 電 場(chǎng) 的 干 擾 （ 2） 電 力 工 人 高 壓 帶 電 作 業(yè) ， 全 身 穿 戴 金 屬 絲 網(wǎng)制 成 的 衣 、 帽 、 手 套 、 鞋 ， 可 以 對(duì) 人 體 起 到 靜 電 屏蔽 作 用 ， 使 人 安 全 作 業(yè) 一 個(gè) 不 帶 電 的 空 心 金 屬 球 ， 在 它 的 球 心 處 放一 個(gè) 正 電 荷 ， 其 電 場(chǎng) 的 分 布 是 下 圖 中 的 （ ）思 考 ： 上 題 中 ， 若 將金 屬 球 的 外 殼 接 地 ，則 其 電 場(chǎng) 的 分 布 是（ ）BD 1 靜 電 平 衡 狀 態(tài) ： 導(dǎo) 體 中 （ 包 括 表 面 ） 沒(méi) 有 電 荷 定 向 運(yùn) 動(dòng) 的 狀 態(tài) 。 基 本 特 征 ： 處 于 靜 電 平 衡 狀 態(tài) 的 導(dǎo) 體 ， 內(nèi) 部 場(chǎng) 強(qiáng) 處 處 為 零 ； 電 荷 只 分 布 在 導(dǎo) 體 的 外 表 面 。 注 意 ： 這 里 的 “ 場(chǎng) 強(qiáng) ” ， 指 的 是 合 場(chǎng) 強(qiáng) 。2 靜 電 屏 蔽 ： 導(dǎo) 體 殼 或 金 屬 網(wǎng) 罩 可 以 把 外 部 電 場(chǎng) 遮 住 ， 使 其 內(nèi)部 不 受 外 電 場(chǎng) 的 影 響 接 地 的 導(dǎo) 體 殼 或 金 屬 網(wǎng) 罩 可 以 把 內(nèi) 部 的 電 場(chǎng) 遮 住 ， 使外 部 不 受 內(nèi) 電 場(chǎng) 的 影 響 。課 堂 小 結(jié) 導(dǎo) 體 自 身 帶 電 處 于 靜 電 平 衡 ， 下 列 說(shuō) 法 中 正 確 的是 （ ）A.導(dǎo) 體 內(nèi) 部 處 處 場(chǎng) 強(qiáng) 為 零B.表 面 處 場(chǎng) 強(qiáng) 不 為 零 ,曲 率 半 徑 小 的 地 方 場(chǎng) 強(qiáng) 大C.電 荷 只 分 布 在 外 表 面 ， 電 場(chǎng) 線 一 定 和 外 表 面 處 處垂 直D.電 場(chǎng) 線 在 導(dǎo) 體 處 中 斷 課 外 思 考 :下 圖 中 的 C驗(yàn) 電 器 張 開(kāi) 嗎 ？ 為 什 么 ?BA C 例 、 長(zhǎng) 為 L的 導(dǎo) 體 棒 原 來(lái) 不 帶 電 ， 將 一 帶電 量 為 q的 點(diǎn) 電 荷 放 在 距 棒 左 端 R處 ，如 圖 所 示 ， 當(dāng) 達(dá) 到 靜 電 平 衡 后 棒 上 感 應(yīng)的 電 荷 在 棒 內(nèi) 中 點(diǎn) 處 產(chǎn) 生 的 場(chǎng) 強(qiáng) 的 大 小 等 于 方 向 ： +qR L 2)2( LR qk （ 向 左 ） 即 指 向 點(diǎn) 電 荷 證 明 ： 處 于 靜 電 平 衡 狀 態(tài) 的 導(dǎo) 體 ， 表 面 上 任 一點(diǎn) 的 場(chǎng) 強(qiáng) 方 向 與 該 點(diǎn) 表 面 垂 直 。證 ： 圖 示 ， 假 如 表 面 的 場(chǎng) 強(qiáng) 方向 與 該 點(diǎn) 的 表 面 不 垂 直 ， 則 沿表 面 有 場(chǎng) 強(qiáng) 的 切 向 分 量 Ef ， 則在 導(dǎo) 體 表 面 的 自 由 電 荷 將 受 到電 場(chǎng) 力 作 用 而 發(fā) 生 定 向 移 動(dòng) ，這 與 靜 電 平 衡 矛 盾 。所 以 ， 處 于 靜 電 平 衡 狀 態(tài) 的 導(dǎo)體 ， 表 面 上 任 一 點(diǎn) 的 場(chǎng) 強(qiáng) 方 向與 該 點(diǎn) 表 面 垂 直 。 返 回