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，内部的场强处处为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外表面. (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，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”，也就是使分子中的正负电荷分离的现象. 2.尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，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：金属壳或金属网的空腔内不受外界电场的影响，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，金属壳(网)的这种作用叫做静电屏蔽. 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)处于静电平衡的导体内部电场处处为0.( √ ) (3)静电平衡时，导体内的自由电子处于静止状态.( × ) (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.( × ) (6)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1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： 图1 (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？ 答案 (1)自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着与电场相反的方向定向移动. (2)不能.感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍自由电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，自由电子的定向移动终止. 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.处于静电平衡状态的导体是等势体，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2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2 答案 向左 解析 导体棒在点电荷＋q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任何一点都受两个电场的影响，即外电场：＋q在该点形成的电场强度大小E0；附加电场：棒上感应电荷在该点形成的电场强度大小E′， ... ...
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