【最新】2018-2019学年高中物理(人教版)选修3-1教学课件：第一章7静电现象的应用

7静电现象的应用--学生版[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．判断下列说法的正误．(1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零．( )(2)静电平衡时，导体内的自由电子处于静止状态．( )(3)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地．( )(4)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开．( )(5)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内场强为零．( )一、静电平衡状态下的导体如图所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体两端出现等量异号电荷．请思考下列问题：(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？1．处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场E0和感应电荷产生的电场E′的合场强为0，即E0＝－E′.2．孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合场强为0.3．处于静电平衡的导体是等势体，表面是等势面，所以导体表面的电场线应与导体表面垂直．例1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所示．当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于，方向为．图1针对训练1(多选)如图2所示，带负电的点电荷旁有一接地大金属板，A为金属板内的一点，B为金属板左侧外表面上的一点，下列关于金属板上感应电荷在A点和B点的场强方向判断正确的是()图2A．感应电荷在A点的场强沿E1方向B．感应电荷在A点的场强沿E2方向C．感应电荷在B点的场强可能沿E3方向D．感应电荷在B点的场强可能沿E4方向二、导体上电荷的分布静电平衡时，导体上的电荷分布有：(1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷．(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图3甲所示．(3)净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示．甲乙图3例2如图4所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并接触，其结果可能是()图4A．只有球壳外表面带正电B．球壳的内表面带负电，外表面带正电C．球壳的内、外表面都带正电D．球壳的内表面带正电，外表面带负电针对训练2(多选)如图5所示，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()图5A．用取电棒C(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C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触C．用带绝缘外皮的导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触D．使验电器A靠近B三、尖端放电静电屏蔽(1)避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？(2)处于静电平衡状态的导体，其内部场强处处为零，若导体是空心的，则空心部分的场强怎样？静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的？1．静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零．2．静电屏蔽的两种情况导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部图示实现过程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，起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体例3如图6所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入金属壳内，但不与B接触，达到静电平衡状态后，则()图6A．B的空腔内电场强度为零B．B不带电C．B的外表面带正电D．B的内表面带负电针对训练3(2018·北大附中高二月考)如图7所示，较厚的空腔球形导体壳中有一个正点电荷，则图中a、b、c、d各点的电场强度大小关系为()图7A．E a>E b>E c>E dB．E a>E c＝E d>E bC．E a>E c>E d>E bD．E a<E b<E c＝E d1．(静电屏蔽)请用学过的电学知识判断下列说法正确的是()A．电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B．制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C．小鸟停在单根高压输电线上会被电死D．打雷时，待在汽车里比待在木屋里要危险2．(静电平衡的理解)(2018·庆阳一中高二期中)在点电荷－Q的电场中，一金属球处于静电平衡状态，A为球内一点，B为球外表面附近一点，则球上感应电荷在A点和B点所激发的附加场强E A′和E B′的方向在下列几个选项对应的图中最有可能的是()3．(导体的电荷分布)一带有绝缘底座的空心金属球壳A带有4×10－8 C的正电荷，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8C的负电荷，使B球与球壳A内壁接触，如图8所示，则A、B 带电荷量分别为()图8A．Q A＝＋1×10－8 C，Q B＝＋1×10－8 CB．Q A＝＋2×10－8 C，Q B＝0C．Q A＝0，Q B＝＋2×10－8 CD．Q A＝＋4×10－8 C，Q B＝－2×10－8 C4．(尖端放电现象的应用与防止)下列应用与防护不属于尖端放电现象的是()A．一般高压设备中导体的表面应该尽量光滑B．一般马路表面建造的很平滑C．夜间高压线周围会出现一层绿色光晕D．一般高楼大厦顶部装有避雷针5．(静电平衡状态导体特点)(2016·江苏单科)一金属容器置于绝缘板上，带电小球用绝缘细线悬挂于容器中，容器内的电场线分布如图9所示．容器内表面为等势面，A、B为容器内表面上的两点，下列说法正确的是()图9A．A点的电场强度比B点的大B．小球表面的电势比容器内表面的低C．B点的电场强度方向与该处内表面垂直D．将检验电荷从A点沿不同路径移到B点，电场力所做的功不同6．(感应电荷场强的计算)如图10所示，点电荷A和B带电荷量分别为＋3.0×10－8C和－2.4×10－8 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O点处产生的电场强度．(静电力常量k＝9×109 N·m2/C2)图10。

第7节静电现象的应用1.静电平衡状态是指处在电场中的导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。

2．处于静电平衡状态的导体是一个等势体，其表面是等势面，其内部电场强度处处为零。

3．尖端放电现象是导体尖端失去电荷的现象。

4．金属壳达到静电平衡时，其内部不受外部电场影响，金属壳的这种作用叫静电屏蔽。

一、静电平衡状态、导体上电荷的分布1．静电平衡状态导体中(包括表面)自由电子不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。

2．静电平衡状态下导体的特点(1)处于静电平衡状态的导体，内部电场处处为零。

(2)处于静电平衡状态的整个导体是一个等势体，它的表面是一个等势面。

(3)表面处的电场强度不为零，方向跟导体表面垂直。

3．导体上电荷的分布(1)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外表面。

(2)在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。

二、尖端放电和静电屏蔽尖端放电静电屏蔽原理导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷当金属外壳达到静电平衡时，内部没有电场，因而金属的外壳会对其内部起保护作用，使它内部不受外部电场的影响应用或防止应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施应用：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防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失1．自主思考——判一判(1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零。

(√)(2)静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，导体的电势也为零。

(×)(3)因为外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场为0，所以处于静电平衡的导体内部电场处处为0。

(√)(4)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。

(×)(5)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开。

教学过程一、课堂导入在科学研究和生产实践中，仅有定性的分析往往是不够的，为此，人们用电离能、电子亲和能、电负性来定量的衡量或比较原子得失电子能力的强弱。

二、复习预习1.同学们写出第3周期及V A族元素原子的价电子排布；2.请同学们根据写出的价电子排布分析元素周期表中元素原子得失电子能力的变化规律。

三、知识讲解考点1：电离能及其分类1．电离能(1)概念：气态原子或气态离子失去一个电子所需要的最小能量。

(2)符号：I ，单位：kJ·mol －1。

2．电离能的分类M(g)――――――――→第一电离能（I 1）失去1个e －M ＋(g)――――――――→第二电离能（I 2）失去1个e －M 2＋(g)――――――――→第三电离能（I 3）失去1个e －M 3＋(g)…且I 1＜I 2＜I 3。

3. 电离能的意义⑴电离能越小，该气态原子越容易失去电子。

⑵电离能越大，该气态原子越难失去电子。

⑶运用电离能可以判断金属原子在气态时失去电子的难易程度。

考点2：电离能变化规律及其影响因素1．元素第一电离能的变化趋势图元素的第一电离能的周期性变化2．递变规律 (1)a.同族元素随着原子序数的增加，第一电离能减小，自上而下原子越来越容易失去电子。

b.同周期元素随着原子序数的增加，第一电离能总体增大，自左到右元素原子越来越难失去电子。

c.过渡元素第一电离能的变化不太规则，随着原子序数的增加从左到右略有增加。

(2)同种元素的原子，电离能逐级增大。

3．影响因素(1)核电荷数、原子半径对电离能的影响①同一周期的元素具有相同的电子层数，从左到右核电荷数增大，原子的半径减小，核对外层电子的引力加大，因此，越靠右的元素，越不易失去电子，电离能也就越大，即同周期元素从左到右，元素的第一电离能总体有增大的趋势。

②同一族元素电子层数不同，最外层电子数相同，原子半径增大起主要作用，因此原子半径越大，核对电子引力越小，越易失去电子，电离能也就越小。