第一章 静电场
第七节 静电现象的应用
人教版选修3-1
课堂引入
1、电场的最基本的性质是什么？
对放入其中的电荷有力的作用
2、金属导体的微观结构又有什么特点呢？
金属导体内部的外层电子与带正电的原子核间的相互作用比较弱，故容易脱离且在金属内部游离，称为自由电子，金属导体的整体就是由大量的在平衡位置附近做无规则热振动的正离子和无规则热振动的自由电子组成。
那么，若把金属导体放入电场中，又将会出现什么现象呢？
金属导体内自由电子在电场力作用下将发生定向移动使两端出现不同的电荷分布，从而引起导体的某些新的性质。
课堂引入
1、静电感应
把金属导体放在外电场E0中，由于导体内的自由电子受电场力作用而定向移动，使导体表面出现感应电荷的现象叫静电感应。
一、静电平衡状态下导体的电场
E0
A
B
C
D
2.静电平衡
3、感应电荷的电场增到与外电场相等时，导体内合场强为零。自由电荷的定向移动停止 .
静电平衡
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，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。
E
＋
－
－
－
－
＋
＋
＋
E`
＋
－
－
＋
3、处于静电平衡状态导体的特点：
（1）导体内部的场强处处为零
（2）整个导体是一个等势体，表面是一个等势面
结论：导体处于静电平衡状态时，其表面任一点场强方向跟该点表面垂直。
3、处于静电平衡状态导体的特点：
（1）导体内部的场强处处为零
（2）整个导体是一个等势体，表面是一个等势面
（3）导体外部电场线与导体表面垂直
例1：如图所示接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电量为Q，到球心的距离为r，该点电荷的电场在球心的场强等于多少？
Q
R
r
A
注意：E、E`和E合的区别
E由外电场决定，E`=E，E合=0
o
E是点电荷Q产生的电场（即外电场），E`是感应电荷产生的电场（附加场），E合是两个电场叠加后的合电场
注意：
（1）用导线把导体接地或用手触摸导体时，可把导体和地球看成一个大导体
（2）一般取无穷远处或大地的电势为零。
法拉第圆筒实验:
用两个带有绝缘手柄的金属小球分别接触带有电荷的金属圆筒的内壁和外壁.
二、导体上电荷的分布
法拉第圆筒实验:
和外壁接触的小球使验电器箔片张开,表明金属筒外壁有电荷分布.
法拉第圆筒实验:
和内壁接触的小球不能使验电器箔片张开,表明金属筒内壁没有电荷分布.
1.静电平衡时导体上电荷的分布的特点：
（1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面
（2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷
三、尖端放电
尖端放电的原理是什么？
导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的电场特别强，会把空气分子“撕裂”，使分子中的正负电荷分离，这种现象叫电离。
尖端放电的原理有何应用？
中性的分子电离后变成带负电的自由电子和带正电的离子，这些带电的粒子与导体尖端的电荷异号粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这个现象叫尖端放电。
避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施
避雷针
高压设备
1、避免：尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备导体的表面都是非常光滑。
2、现象：夜间高压线周围出现的绿色光晕，俗称电晕，是一种微弱的尖端放电。
思考与讨论
初态：B带电，A不带电
再看这实验，从中还可得到什么结论？
静电屏蔽实验
导体球壳内(或金属网罩)达到静电平衡后，内部场强处处为0，不受外部电场的影响，内部的仪器不会受到外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。
静电屏蔽实例
静电屏蔽的特技表演
----触摸百万伏高压电
网络新闻：两位英国科学家将在伦敦进行一次危险的电力学表演。根据表演计划，其中一名科学家将把另一位科学家关进一个铁笼子里，然后用数百万伏特的电流对其进行电击。鉴于表演的危险性，两名科学家事先都买好了价值1200万英镑的保险。
静电屏蔽的应用
1、电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外面所包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰；
2、电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业。
静电屏蔽的应用
3、三条输电线的上方还有两条导线，与大地相连，形成一个稀疏的金属网，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。
静电屏蔽的应用
静电屏蔽的另一种形式
金属罩接地后，地上的自由电子，沿导线向上移动，把金属罩外部的正电荷中和，结果，小球的电场被控制在金属罩的内部，外部不再受影响。
A
B
例2：如图所示，把原来不带电的金属球壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不于B发生接触，达到静电平衡后，则：
A、B的空腔内电场强度为零
B、B不带电
C、B的内外表面电势相等
D、B带负电
B的外部电场强度为零吗？
1、带电量分别为+Q和-Q的两个点电荷相距为r，在两点电荷之间放入一个不带电的导体棒，如图所示，当导体达到静电平衡后，感应电荷在两点电荷连线中点O处产生的场强大小为多大？方向怎样？
方向水平向左
练 习
2、当导体达到静电平衡状态时，其场强的特征是：( )
A.外电场E0消失。
B.感应电荷产生的电场E'为零。
C.导体内部合场强E内 = E0 + E'=0。
D.导体表面和内部场强均为零。
C