高中物理課件：第十三章第四節(jié)《靜電屏蔽》（人教版選修3-1）

《高中物理課件：第十三章第四節(jié)《靜電屏蔽》（人教版選修3-1）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理課件：第十三章第四節(jié)《靜電屏蔽》（人教版選修3-1）（42頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進(jìn)入物理課堂 第四節(jié)靜電屏蔽 目標(biāo)概覽學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道靜電感應(yīng)產(chǎn)生的原因 知道什么是靜電平衡狀態(tài) 2 知道靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 3 知道靜電屏蔽及應(yīng)用 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 重點(diǎn) 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體特點(diǎn) 2 難點(diǎn) 靜電平衡的原因 學(xué)法指導(dǎo) 利用電荷只受電場力會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)及場強(qiáng)疊加的特點(diǎn) 理解靜電平衡的特點(diǎn) 第四節(jié)靜電屏蔽 課堂互動(dòng)講練 隨堂達(dá)標(biāo)自測 課時(shí)活頁訓(xùn)練 基礎(chǔ)知識(shí)梳理 核心要點(diǎn)突破 基礎(chǔ)知識(shí)梳理 一 靜電平衡狀態(tài)1 處于電場中導(dǎo)體的靜電感應(yīng)過程 把金屬導(dǎo)體放在電場中 導(dǎo)體內(nèi)部的 受到電場力的作用 向電場的 做定向的移動(dòng) 結(jié)果會(huì)使導(dǎo)體的兩端分別出現(xiàn) 這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng) 自由電子 反方向 正 負(fù)電荷 提示 1 處于靜電平衡的導(dǎo)體 凈電荷為什么只能分布在表面 而內(nèi)部沒有電荷 2 靜電平衡導(dǎo)體表面的場強(qiáng)等于零嗎 2 靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體中 包括表面 的狀態(tài) 叫做靜電平衡狀態(tài) 3 處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn) 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 內(nèi)部的場強(qiáng) 4 處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部盡管沒有電荷定向移動(dòng) 但仍有電荷在運(yùn)動(dòng) 處處為零 思考 提示 1 因?yàn)樘幱陟o電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零 所以內(nèi)部沒有凈電荷 2 表面有凈電荷 所以表面場強(qiáng)不等于零 二 靜電屏蔽1 靜電屏蔽 導(dǎo)體殼可以保護(hù)它所包圍的區(qū)域 使這個(gè)區(qū)域不受 的影響 這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽 2 靜電屏蔽的應(yīng)用 有的電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面套有 有的通信電纜的外面包一層金屬網(wǎng) 都是用來 起屏蔽作用的 外電場 金屬殼 保護(hù)內(nèi)部不受外電場作用 核心要點(diǎn)突破 一 靜電感應(yīng)1 現(xiàn)象的產(chǎn)生當(dāng)金屬導(dǎo)體處于電場E0中時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)的自由電子便受電場力eE0而沿E0的反向運(yùn)動(dòng) 正電荷即原子核也受電場力 只是它不能自由移動(dòng)而已 從而使導(dǎo)體內(nèi)的電荷分布不均衡 一端聚集了正電荷 而另一端聚集了等量的負(fù)電荷 這種現(xiàn)象就叫靜電感應(yīng) 2 靜電感應(yīng)的結(jié)果 靜電平衡靜電感應(yīng)出現(xiàn)在導(dǎo)體兩端的多余電荷叫感應(yīng)電荷 感應(yīng)電荷也要產(chǎn)生電場E 它與外電場E0方向相反 二者在導(dǎo)體內(nèi)疊加后 使導(dǎo)體內(nèi)的總電場E內(nèi)減弱 隨著靜電感應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行 導(dǎo)體兩端的電荷繼續(xù)增加 E 隨之增大 使合電場E內(nèi)越來越小 最終變?yōu)榱慵碋內(nèi) 0 此時(shí)導(dǎo)體內(nèi)的電荷不再受電場力作用 定向移動(dòng)終止 達(dá)到平衡 這就是靜電平衡 導(dǎo)體中的自由電子在外界電場的作用下重新分布 最終達(dá)到靜電平衡狀態(tài) 其過程可以概括如下 外加電場E 自由電子受力 自由電子定向移動(dòng) 導(dǎo)體兩側(cè)聚集等量異種電荷 形成附加場強(qiáng)E E 和E等大反向 內(nèi)部合場強(qiáng)為零 自由電子不再定向移動(dòng) 靜電平衡 特別提醒1 不能將 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零 誤解為 導(dǎo)體內(nèi)部無電場 實(shí)際上導(dǎo)體內(nèi)部既有外電場 又有感應(yīng)電荷形成的電場 只是它們疊加之后使導(dǎo)體內(nèi)部合場強(qiáng)為零 2 金屬導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡狀態(tài)的時(shí)間是非常短暫的 二 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體1 導(dǎo)體表面的電荷分布往往是不均勻的 越尖的地方 電荷密度越大 附近的電場越強(qiáng) 2 處于靜電平衡狀態(tài)時(shí) 導(dǎo)體中 包括表面 沒有電荷定向移動(dòng) 3 內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 4 凈電荷分布在導(dǎo)體的外表面上 5 電場線垂直于導(dǎo)體的外表面 解析 選D 本題主要考查對(duì)靜電平衡狀態(tài)的理解 達(dá)到靜電平衡時(shí) 導(dǎo)體為等勢(shì)體 電場線與導(dǎo)體表面垂直 故D錯(cuò) 其他幾個(gè)選項(xiàng)都正確 三 對(duì)靜電屏蔽的理解1 導(dǎo)體殼對(duì)外部電場的屏蔽如圖13 4 1甲所示 使帶電的金屬球靠近驗(yàn)電器 由于靜電感應(yīng) 驗(yàn)電器的箔片張開 這表示驗(yàn)電器受到了外電場的影響 如果事先用導(dǎo)體殼把驗(yàn)電器罩住 如圖13 4 1乙所示 驗(yàn)電器的箔片就不張開 即使把驗(yàn)電器和導(dǎo)體殼連接起來 箔片也不張開 這表明導(dǎo)體殼能把外電場擋住 使罩內(nèi)不受外電場的影響 即導(dǎo)體殼屏蔽了外部電場 圖13 4 1 2 導(dǎo)體殼對(duì)內(nèi)部電場的屏蔽如一封閉的導(dǎo)體殼內(nèi)部空間某點(diǎn)有一點(diǎn)電荷 q 由于靜電感應(yīng) 導(dǎo)體殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷 其電場線如圖13 4 2甲所示 當(dāng)把導(dǎo)體殼接地后 q在殼內(nèi)的電場對(duì)殼外空間就沒有影響了 如圖13 4 2乙所示 圖13 4 2 由以上兩種情況可知 靜電屏蔽不是金屬罩把電場擋住 而是金屬罩感應(yīng)電荷的電場與原電場疊加 合場強(qiáng)為零 特別提醒1 網(wǎng) 外不影響 網(wǎng) 內(nèi) 2 網(wǎng) 接地 網(wǎng) 內(nèi)不影響 網(wǎng) 外 四 正確理解電場中的導(dǎo)體接地問題圖13 4 3在靜電場中 關(guān)于金屬導(dǎo)體接地的問題是一個(gè)常見但又難以理解的問題 如圖13 4 3所示 帶正電荷的導(dǎo)體P附近放有一個(gè)不帶電的金屬導(dǎo)體M 由于靜電感應(yīng) 在金屬導(dǎo)體M的左端A和右端B分別感應(yīng)出等量的負(fù)電荷和正電荷 1 無論金屬導(dǎo)體何處接地 電子都從大地流向?qū)wM而且右端B不帶電 地球是一個(gè)大導(dǎo)體 無論金屬導(dǎo)體M上何處接地 都可以把地球和M看成是一個(gè)導(dǎo)體 如圖13 4 4所示的虛線框 這個(gè)導(dǎo)體距P的近端仍在M的左端A處 遠(yuǎn)端在地球的另一端C 其余部分為導(dǎo)體的中部或內(nèi)部 當(dāng)這個(gè)大導(dǎo)體重新處于靜電平衡狀態(tài)時(shí) 在距P近端A處感應(yīng)出與導(dǎo)體P異種的負(fù)電荷 在距P遠(yuǎn)端C處感應(yīng)出與導(dǎo)體P同種的正電荷 即電子從大地流向金屬導(dǎo)體M 而導(dǎo)體的其余部分沒有凈電荷 故導(dǎo)體右端B處沒有凈電荷 圖13 4 4 2 接地導(dǎo)線斷開后再接地時(shí)導(dǎo)線中沒有電流即導(dǎo)體的電荷分布不再變化 根據(jù)上面的分析可知 M接地時(shí) 由于大地C處的感應(yīng)正電荷在M內(nèi)任何一點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為零 而且M內(nèi)部任何一點(diǎn)場強(qiáng)為零 所以接地導(dǎo)線斷開后 M內(nèi)部任何一點(diǎn)場強(qiáng)仍然為零 電荷分布不發(fā)生變化 當(dāng)再接地時(shí)導(dǎo)線中沒有電流 即使應(yīng)用2 有一接地的導(dǎo)體球殼 如圖13 4 5所示 球心O處放一點(diǎn)電荷q 達(dá)到靜電平衡時(shí) 則 A q的電量變化時(shí) 殼外電場隨之改變B q在殼外產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為零C 球殼內(nèi) 外表面的電荷在殼外的場強(qiáng)為零D q與殼內(nèi)表面的電荷在殼外的合場強(qiáng)為零 圖13 4 5 解析 選D 殼外電場由殼外帶電體和殼外表面上的電荷所決定 當(dāng)導(dǎo)體球殼接地時(shí) 殼與大地等電勢(shì) 殼內(nèi)點(diǎn)電荷在殼外表面所產(chǎn)生的感應(yīng)電荷流入大地 嚴(yán)格地說是殼與大地構(gòu)成一個(gè)大導(dǎo)體 殼內(nèi)點(diǎn)電荷在殼外表面產(chǎn)生的感應(yīng)電荷分布在整個(gè)大導(dǎo)體的外表面 因球殼的半徑遠(yuǎn)小于地球的半徑 故球殼外表面分配到的電荷可忽略不 這時(shí)球殼外表面的電荷僅由殼外帶電體的感應(yīng)而 帶電 而不受殼內(nèi)點(diǎn)電荷的影響 即所謂 接地導(dǎo)體殼外部的電場不受殼內(nèi)點(diǎn)電荷的影響 但是 這句話并不是說殼內(nèi)點(diǎn)電荷不在殼外產(chǎn)生電場 而是殼內(nèi)點(diǎn)電荷與殼內(nèi)表面的感應(yīng)電荷在殼內(nèi)壁以外 包含導(dǎo)體殼層 任一點(diǎn)的合場強(qiáng)為零 因此 本題應(yīng)是q與球殼內(nèi)表面上的感應(yīng)電荷 q在殼外的合場強(qiáng)為零 如圖13 4 6所示 Q是一個(gè)絕緣金屬導(dǎo)體 一個(gè)帶正電的絕緣金屬球P靠近Q 由于靜電感應(yīng) Q的A端電荷量大小為qA B端電荷量大小為qB 則 課堂互動(dòng)講練 圖13 4 6 A 用手接觸一下Q的A端 拿走P后Q帶正電B 用手接觸一下Q的B端 拿走P后Q帶負(fù)電C 導(dǎo)體Q上 qA qBD 導(dǎo)體Q上 qA qB 解析 由于靜電感應(yīng) 離金屬球P近的A端將感應(yīng)出負(fù)電荷 電荷量大小為qA 離金屬球P遠(yuǎn)的B端將感應(yīng)出等量大小的qB 因而D選項(xiàng)正確 用手接觸一下Q的任一部分時(shí) 人 Q和大地構(gòu)成一個(gè)新導(dǎo)體 整個(gè)Q看成近端 而地球的另一側(cè)是遠(yuǎn)端 A端帶負(fù)電 地球的另一側(cè)帶正電 當(dāng)手離開Q后 無論是否移走球P Q都帶負(fù)電 B選項(xiàng)正確 答案 BD 思維升華 本例為一典型的感應(yīng)起電實(shí)例 首先應(yīng)確定產(chǎn)生電場的帶電體的電性 明確感應(yīng)導(dǎo)體的遠(yuǎn)端和近端 不論導(dǎo)體的哪一端接地 大地和導(dǎo)體組成一個(gè)新的 導(dǎo)體 即大地總是遠(yuǎn)端 然后根據(jù) 遠(yuǎn)同近異 確定導(dǎo)體各端感應(yīng)電荷的電性 長為L的導(dǎo)體棒原來不帶電 現(xiàn)將一電荷量為 q的點(diǎn)電荷放在與棒的左端距離為R的地方 如圖13 4 7所示 達(dá)到靜電平衡后 棒上的感應(yīng)電荷在棒的中心O處產(chǎn)生的場強(qiáng)有多大 方向如何 圖13 4 7 解析 將導(dǎo)體棒放在點(diǎn)電荷的電場中 由于靜電感應(yīng) 在棒的右端和左端 將出現(xiàn)等量的正負(fù)電荷 達(dá)到靜電平衡時(shí) 導(dǎo)體棒內(nèi)部的場強(qiáng)為零 即點(diǎn)電荷在導(dǎo)體棒中某點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)與感應(yīng)電荷在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的合場強(qiáng)為零 因此 所求棒上感應(yīng)電荷在中心處產(chǎn)生的場強(qiáng) 應(yīng)與點(diǎn)電荷q在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小相等 方向相反 點(diǎn)電荷 q在棒中心O處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小為 思維升華 對(duì)于此類問題一定要理解導(dǎo)體內(nèi)場強(qiáng)為什么處處為零 要區(qū)分外電場和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場 要認(rèn)清所求的是一個(gè)什么電場 如圖13 4 8所示 金屬球殼內(nèi)部有一個(gè)帶電荷量為Q的正電荷 在距離球殼中心為R處有一個(gè)帶負(fù)電的點(diǎn)電荷q 試分析這兩個(gè)電荷的受力情況 圖13 4 8 解析 金屬球在 q的電場中處于平衡狀態(tài) 外電場與感應(yīng)電荷在球殼內(nèi)部空間的電場的合場強(qiáng)為零 所以 Q不受電場力的作用 通過靜電感應(yīng) 在金屬球殼的外表面出現(xiàn)與 Q等量的感應(yīng)電荷 這些感應(yīng)電荷在球殼外部產(chǎn)生電場使 q受到吸引力作用 答案 見解析 思維升華 不接地的封閉導(dǎo)體殼只能防止外部電場對(duì)內(nèi)部電荷系統(tǒng)的作用 而不能防止內(nèi)部電荷系統(tǒng)對(duì)外部的干擾 若將球殼接地 才能實(shí)現(xiàn)真正的屏蔽 隨堂達(dá)標(biāo)自測 課時(shí)活頁訓(xùn)練 本部分內(nèi)容講解結(jié)束 謝謝使用 點(diǎn)此進(jìn)入課件目錄 按ESC鍵退出全屏播放 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全