1、高考资源网（） 您身边的高考专家第4节静电的防止与利用学习目标1.知道什么是静电平衡状态,理解处于静电平衡状态导体的特性。(重点)2.知道什么是静电屏蔽及其有关应用。3.知道导体上电荷的分配规律。(难点)4.了解尖端放电现象。自主预习一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布1.静电感应现象:处于电场中的导体,由于的作用,电荷出现的现象。2.静电平衡状态:导体中(包括表面上)没有电荷的状态。3.静电平衡状态的特征(1)处于静电平衡状态的导体,内部的电场强度。(2)处于静电平衡状态的导体,外部表面附近任何一点的电场强度方向必跟该点的表面。(3)处于静电平衡状态的整个导体是个,导体的表面为。4.导体上
2、电荷的分布(1)导体没有电荷,电荷只分布在导体的。(2)在导体表面,越尖锐的位置,电荷的密度(单位面积的电荷量),的位置几乎没有电荷。二、尖端放电和静电屏蔽1.电离:导体尖端的电荷密度很大,附近的电场强度,空气中的带电粒子剧烈运动,使空气分子被撞“散”而使正、负电荷的现象。2.尖端放电: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,相当于导体从尖端失去电荷的现象。3.静电屏蔽:静电平衡时,导体壳内空腔里的电场,外电场对壳内不会产生影响。4.尖端放电和静电屏蔽的应用、防止。(1)尖端放电应用:是利用尖端放电避免雷击的一种设施。防止:高压设备中导体的表面尽量,减少电能的损失。(2
3、)静电屏蔽的应用电学仪器和电子设备外面会有金属罩,通讯电缆外面包一层铅皮,可以防止外电场的干扰。电工进行高压带电作业时,穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋子,可以对人体起到静电屏蔽作用,使人安全作业。自测练习1.思考判断(正确的打“”,错误的打“”)(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电场强度处处为零,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
4、使带电金属球靠近验电器,则验电器箔片能张开。()(6)飞机轮上装有拖地线,油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。()2.在手术时,为防止麻醉剂乙醚爆炸,地砖要用导电材料制成,医生和护士要穿由导电材料制成的鞋子和外套、一切设备要良好接地,甚至病人身体也要良好接地。这是为了()A.杀菌消毒B.消除静电C.利用静电D.防止漏电3.(多选)关于静电感应和静电平衡,以下说法正确的是()A.静电感应是由于导体内的自由电子受静电力作用的结果B.导体内的自由电子都不运动称为静电平衡C.处于静电平衡状态时,导体所占空间各处电场强度均为零D.处于静电平衡状态时,导体内部将没有多余的“净”电荷课堂探究一、对静电平衡
5、的理解1.静电平衡的实质:在达到静电平衡的过程中,外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷,感应电荷的电场和外电场方向相反,使合电场强度减小,随着感应电荷的继续增加,合电场强度逐渐减小,直至合电场强度为零,自由电荷的定向移动停止。2.静电平衡的条件:导体内部的合电场强度为零,即E合=0。3.静电平衡状态的特点(1)处于静电平衡状态下的导体的特点导体内部某处感应电荷产生的电场强度E与周围原电场强度E大小相等,方向相反,两者相互抵消,导体内部处处合电场强度E合为零,但导体表面的电场强度不为零。整个导体是一个等势体,导体表面是等势面,但电势不一定为零。电场线与导体表面垂直。(2)静电
6、平衡状态下的导体的电荷分布特点净电荷都分布在导体的表面,导体内部没有净电荷。感应电荷分布于导体两端,电性相反,电量相等,远同近异,如图甲所示。净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷分布密集,平滑处电荷分布稀疏,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示。【例题1】在真空中有两个点电荷A和B,电荷量分别为-Q和+2Q,相距为2l,如果在两个点电荷连线的中点O有一个半径为r(rl)的空心金属球,且球心位于O点,如图所示,则球壳上的感应电荷在O处的电场强度的大小为多少?方向如何?规律方法求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的电场强度的方法是:(1)运用E=k求出外电场强度E外的大小和方向。(2)由于导
7、体处于静电平衡状态,则满足静电平衡条件E合=0。(3)由E外+E感=0,求出感应电场E感的大小和方向。针对训练11.如图所示,一个方形的金属盒原来不带电,现将一个带电荷量为+Q的点电荷放在盒左边附近,达到静电平衡后,盒上的感应电荷在盒子内部产生的电场分布情况正确的是()二、静电平衡导体的电荷分布及分析方法1.“远近观”法:处于静电平衡状态的导体,离场源电荷较近和较远的两端感应出等量的异种电荷,而导体的中间部分因感应电荷较少,可认为无感应电荷产生,如图甲所示。2.“整体观”法:当两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时,就可把它们看成是一个大导体,再用“远近观”判断它们的带电情况,如有些问
8、题所提到的“用手触摸某导体”,其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体。不要认为导体内部没有电荷,用导线连接带电体内部时,小球就不带电,其实它们连接后就已成为一个整体,故小球通过导线得到了电荷,如图乙所示。【例题2】(多选)如图所示,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()A.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.用绝缘导线把验电器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针对训练22.一个带绝缘底座的空心金属球A带有410
9、-8 C的正电荷,上端开有适当小孔,有绝缘柄的金属小球B带有210-8 C的负电荷,使B球和A球内壁接触,如图所示,则A、B带电荷量分别为()A.QA=10-8 C,QB=10-8 CB.QA=210-8 C,QB=0C.QA=0,QB=210-8 CD.QA=410-8 C,QB=-210-8 C【例题3】如图所示,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从小孔中放入球壳内,但不与B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的外表面带正电D.B的内表面带负电规律方法处理静电屏蔽问题的注意点(1)空腔可以屏蔽外界电场,接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用
10、,其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果,分析中应特别注意分清是哪一部分电场作用,还是合电场作用的结果。(2)对静电感应,要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的,是如何建立起附加电场的,何处会出现感应电荷。(3)对静电平衡,要理解导体达到静电平衡时所具有的特点。针对训练33.如图所示,放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C,若把一带有正电荷的绝缘体A移近金属网罩B,则()A.金属网罩B的内表面带正电荷,B=C=0B.金属网罩B的右侧外表面带正电荷C.验电器的金属箔片将张开,BCD.BC,金属网罩B左、右两侧的电势不相等三、静电屏蔽的两种情况1.静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质是利用了
11、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项目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电场强度为零,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,不能是绝缘体课堂小结知识脉络1.对静电平
12、衡问题的理解,导体在静电平衡状态时的特点。2.对静电屏蔽现象的理解及分析。课堂练习1.下列防雷措施可行的是()在大树下避雷雨;停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨;不要快速开摩托车、骑自行车或在雨中狂奔;在空旷地带,最好关掉手机电源A.B.C.D.2.(多选)如图所示,电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业,电工全身穿戴带电作业用的屏蔽服,屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装,下列说法正确的是()A.采用金属材料编织衣服的目的是使衣服不易拉破B.采用金属材料编织衣服的目的是利用静电屏蔽C.电工穿上屏蔽服后,体内电场强度为零D.电工穿上屏蔽服后,体内电势为零3.如图所示
13、,一块光滑铁板水平放置,在铁板上方高为h处有带电荷量为+Q的点电荷,一个带电荷量为+q的绝缘小球从铁板的左端以初速度v0向右运动,并一直沿着铁板表面到达铁板的右端,则在小球通过铁板的过程中()A.先减速运动,后加速运动B.先加速运动,后减速运动C.先减速运动,后加速运动,再减速运动D.一直匀速运动4.如图所示,带电体Q靠近一个接地空腔正方体导体,空腔里面无电荷,达到静电平衡后,下列物理量不等于零的是()A.导体空腔内任意点的电场强度B.导体空腔内任意点的电势C.导体外表面的电荷量D.导体空腔内表面的电荷量课后练习1.(多选)如图所示是某种静电矿料分选器的原理示意图,带电矿粉经漏斗落入水平匀强电
14、场后,分落在收集板中央的两侧,对矿粉分离的过程,下列表述正确的有()A.带正电的矿粉落在右侧B.电场力对矿粉做正功C.带负电的矿粉电势能变大D.带正电的矿粉电势能变小2.(多选)如图所示,带负电的点电荷旁有一接地的大金属板,A为金属板内一点,B为金属板左侧外表面上一点,下列对金属板上的感应电荷分别在A点和B点产生的电场强度方向的判断正确的是()A.感应电荷在A点的电场强度沿E1方向B.感应电荷在A点的电场强度沿E2方向C.感应电荷在B点的电场强度可能沿E3方向D.感应电荷在B点的电场强度可能沿E4方向3.如图所示,A为空心金属球,B为金属球,A、B原来不带电,将另一带正电荷的小球C从A球开口处
15、放入A球中央,不接触A球,然后用手接触一下A球,再用手接触一下B球,再移走C球,则()A.A球带负电荷,B球带正电荷B.A球带负电荷,B球不带电C.A、B两球都带负电荷D.A、B两球都带正电荷4.(多选)如图所示的静电实验(虚线框为金属网)能使左边验电器的金属箔张开的是()5.如图所示,半径为R的硬橡胶圆环上带有均匀分布的负电荷,总电荷量为Q,若在圆环上切去一小段l(l远小于R),已知静电力常量为k,求圆心O处的电场。6.带电荷量为Q的正电荷距一很大的接地金属板的距离为a,如图所示。试求金属板对点电荷的作用力。参考答案自主预习一、1.电场力重新分布2.定向移动3.(1)处处为零(2)垂直(3)
16、等势体等势面4.(1)内部表面(2)越大凹陷二、1.很强分离2.中和3.处处为零4.避雷针光滑自测练习1.2.B3.AD【例题1】 方向向右针对训练1 1.C金属盒内部由于处于静电平衡状态,因此内部每点的合电场强度都为0,即金属盒内的每一点,感应电荷产生的电场的电场强度都与点电荷+Q在那点产生的电场的电场强度大小相等、方向相反,即感应电荷的电场线与点电荷+Q的电场线重合,但方向相反。【例题2】 BCDA项中取电棒先和B的内壁接触,由于B的内壁本身没有电荷,所以再接触A时验电器箔片不张开;B项中可以使C球带电,从而使A带电;C项中用绝缘导线实际上是将验电器A和B连成了一个导体,A因接触而带电;D
17、项中是感应起电;故B、C、D项正确。针对训练2 2.BA、B接触中和后净电荷只分布在空心金属球A的外表面上,故B项正确。【例题3】 D因为金属壳的外表面接地,所以外表面没有感应电荷,只有内表面有感应电荷分布,且由于A带正电,则B的内表面带负电,故D项正确,B、C项错误;B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场,所以空腔内电场强度不为零,故A项错误。针对训练3 3.B金属罩B处于静电平衡状态,电荷分布在其外表面上,故A项错误;由于静电感应,使金属罩B的左侧外表面感应出负电荷,所以金属罩B的右侧外表面感应出正电荷,故B项正确;由于静电屏蔽,金属网罩内电场强度为零,故C上
18、无感应电荷,验电器的金属箔片不会张开,故C项错误;由静电屏蔽特点知,导体是等势体,导体表面是等势面,故D项错误。课堂练习1.D表面具有突出尖端的导体,在尖端部分电荷分布密度很大,使得其周围电场很强,就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电,因此,不要在大树下避雨,别停留在山顶、山脊的凉亭等地方。快速开摩托车、骑自行车或在雨中狂奔,身体的跨步越大,电压就越大,雷电也越容易伤人。在空旷地带使用手机通话,手机很有可能成为闪电的放电对象。故正确选项为D。2.BC屏蔽服的作用是使处于高压电场中的人体外表面各部位形成一个等势屏蔽面,从而防护人体免受高压电场及电磁波的危害,等势面说明电势相等而不是等于0,
19、而电场中的导体内的电场强度为0,选项B、C正确,A、D错误。3.D因为铁板处于静电平衡状态,其表面是等势面,因此铁板表面附近的电场强度与铁板处处垂直,小球在水平方向上不受力,因此一直以速度v0做匀速运动,选项D正确。4.C静电平衡后导体空腔内任意点的电场强度为0;电荷分布在导体外表面,空腔内表面的电荷量为0;导体为等势体,接地后电势为0。课后练习1.BD带正电矿粉受到的电场力方向向左,故落在收集板的左侧,选项A错误;电场力对矿粉做正功,矿粉的电势能减小,动能增加,选项B、D正确,C错误。2.BC金属板内的电场强度处处为0,则感应电荷的电场与点电荷的电场等大反向,即感应电荷在A点的电场强度沿E2
20、方向,选项A错误,B正确;金属板表面的电场强度垂直于金属板表面向外,即感应电荷的电场与点电荷的电场的合电场强度垂直金属板向左,则感应电荷在B点的电场强度可能沿E3方向,选项C正确,D错误。3.B首先带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央。根据静电感应现象可知,A球内表面带负电荷,外表面带正电荷。用手接触A相当于把A接地,由大地传导过来的电子与A球外表面正电荷中和,使A球外表面不带电,A球外表面电势为零,此时A球对外起静电屏蔽作用,A球内的电场不影响外部。用手接触B时,无电荷移动,B球不带电。当带正电荷的C球从A球内移走后,A球内表面所带的负电荷移至外表面,所以此时A球带负电荷。由上述可知,选
21、项B正确。4.AC净电荷分布在导体的外表面,选项A正确,B错误;选项C中两个验电器接触,左侧验电器金属箔应张开,选项D中左边的验电器处于金属网中,由于静电屏蔽,金属箔不会张开,选项C正确,D错误。5.答案:电场强度大小为方向从AB指向O解析:AB段的电荷量q=l,则AB段在O点产生的电场强度E=k=k,方向从O指向AB,所以剩余部分圆环在O点产生的电场强度大小等于,方向从AB指向O6.答案:k方向由+Q垂直指向金属板解析:由于接地金属板很大,因此点电荷Q发出的电场线会全部终止并垂直于金属板,可见板左侧的电场和相距2a的等量异种点电荷产生的电场完全一致,则可用求相距为2a的等量异种电荷间的相互作用力来“等效”代替求感应电荷对Q的作用力,如图所示。故感应电荷对Q的作用力F=k=k,方向由+Q垂直指向金属板。- 9 - 版权所有高考资源网
