1、学习目标(1)了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特征(2)了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点(3)了解尖端放电和静电屏蔽现象，关注生活、生产中的静电现象.知识图解课前自主学习 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，由于电场力的作用，电荷出现重新分布的现象2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，内部的场强处处为零(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4导体上电荷的分布：(1)导体
2、内部没有净电荷，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(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷思考：如图所示，把一个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，从而使导体两端出现等量异号电荷(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？提示：(1)自由电子受外加电场的静电力作用而移动，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，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止二、尖端放电和静电屏蔽1尖端放电和静电屏蔽的比较：尖端放电静电屏蔽 原理导体尖
3、端的强电场使附近的空气电离，电离后的异号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防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失应用：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，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响2.电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的场强很强，空气中的带电粒子剧烈运动，使空气分子被撞“散”而使正负电荷分离的现象思考：如图所示，若用一个金属网罩把验电器罩住，再让带电金属球靠近验电器验电器的箔片是否张
4、开？这些现象说明了什么？提示：用一个金属网罩把验电器罩住，再让带电金属球靠近，验电器的箔片不张开说明图甲中的验电器受到附近带电体的影响；图乙中金属网罩内的验电器不受附近带电体的影响判一判(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
5、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()课堂互动探究知识点一 静电平衡的理解1静电平衡的实质金属导体放到场强为 E0 的电场中，金属中的自由电荷在静电力作用下定向移动导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷，感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合场强减小当感应电荷继续增加，合场强逐渐减小，合场强为零时，自由电荷的定向移动停止2对静电平衡的三点理解(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动(2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的(3)导体达到静电平衡后内部场强处处为零是指外电场 E 与导体
6、两端的感应电荷产生的附加电场 E的合场强为零，EE.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处处合场强 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)处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点：净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图甲所示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1如图中接地金属球 A 的半径为 R，球外点电荷的电荷量为Q，到球心的距离为 r.该点电荷的电场在球心的场强等于()AkQr2kQR2
7、 BkQr2kQR2C0 DkQr2解析：本题求解的是点电荷 Q 在球心处的场强，不是合场强根据点电荷场强公式求得 EkQr2，故 D 对答案：D方法技巧,感应电荷场强的求解思路(1)求解外电场在该处场强的大小和方向(2)利用导体内部合场强处处为零和电场的叠加原理，求解感应电荷在该处的场强，此场强与外电场的场强大小相等，方向相反变式训练1(2017烟台高二检测)如图所示为一空腔球形导体(不带电)，现在将一个带正电的小金属球 A 放入空腔中，当静电平衡时，图中 a、b、c 三点的场强 E 和电势 的关系是()AEaEbEc，abcBEaEbEc，abcCEaEbEc，abcDEaEcEb，abc
8、解析：空腔球形导体在正电荷 A 的电场中感应的结果如图所示，从电场线的疏密可确定 a 点场强大于 c 点场强，而 b 点场强为零，故 EaEcEb，而沿着电场线电势降低，故 abc，D 选项正确答案：D2一个带绝缘底座的空心金属球 A 带有 4108 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 2108 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()AQA1108 C，QB1108 CBQA2108 C，QB0CQA0，QB2108 CDQA4108 C，QB2108 C解析：B 球与 A 球接触后成为一个新的导体，由于带电导体的电荷只能分
9、布于导体的外表面，故 QB0，QA4108 C2108 C2108 C，正确选项为 B.答案：B知识点二 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，矢量和为零而已2静电屏蔽的两种情况：(1)导体内空腔不受外界影响，如图甲所示(2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示.特别提醒,(1)接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响(2)空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔
10、外空间产生影响.2一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是图中的()解析：根据静电感应，空心球的内侧感应出负电荷，外表面带正电荷，球壳内部场强处处为零，电场线中断，根据电场线的特点可知 B 正确，A、C、D 错误答案：B变式训练(多选)(2017怀化高二检测)如图所示，一个不带电的导体球 N，置于空心导体球 M 附近，现将另一个带电荷量为 Q 的金属球放于空腔导体 M 内，则()A若 M 接地，N 上无感应电荷B若 M 不接地，且 M 原来不带电，N 上无感应电荷C若 M 不接地，且 M 原来不带电，N 上有感应电荷D若 M 不接地，且 M 原来带电，N 上一定有感应电荷
11、解析：若 M 接地，空心导体球 M 外没有电场，N 上无感应电荷，A 正确，若 M 不接地，且 M 原来不带电，则空心球 M 外有电场，N 上有感应电荷，B 错误、C 正确若 M 不接地，且 M原来带电，由于 Q 的放入，可能使空腔电荷集聚于内表面，则 N上可能有感应电荷，也可能没有感应电荷，D 错误答案：AC随堂达标演练 1.(多选)下列关于静电感应和静电平衡的说法中，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导体内的自由电荷都不运动的状态称为静电平衡C导体静电平衡时，导体所占空间各处场强均为零D导体静电平衡时，导体内部没有净电荷，电荷只能分布在导体的表面解析：静电感应
12、是由于导体内的自由电子在静电力作用下定向移动的结果，选项 A 正确；导体静电平衡时，导体内的自由电荷不再定向运动，并不是不运动，选项 B 错误；导体静电平衡时，只有导体内部各处场强均为零，且电荷只分布在导体的外表面，导体内部没有净电荷，选项 C 错误、D 正确答案：AD2(多选)下列防雷措施可行的是()A在大树下避雷雨B停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨C不要快速开摩托车、骑自行车或在雨中狂奔D在空旷地带，最好关掉手机电源解析：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
13、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 C、D.答案：CD3某研究性学习小组学习电学知识后对电工穿的高压作业服进行研究，发现高压作业服是用铜丝编织的，下列各同学的理由正确的是()A甲认为铜丝编织的衣服不易拉破，所以用铜丝编织B乙认为电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内电势保持为零，对人体起保护作用C丙认为电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内场强保持为零，对人体起保护作用D丁认为铜丝必须达到一定的厚度，才能对人体起到保护作用解析：用铜丝编织的高压作业服，其作用是在穿用后，使处于高压电场中的人体外
14、表面各部位形成一个等电势屏蔽面，从而防护人体免受高压电场的危害而电势相等并不是等于 0，但电势差为 0，电场强度为 0，故选 C.答案：C4.将悬挂在绝缘细线上带正电的A球放在不带电的金属空心球壳 C 内(与内壁不接触)，另有一个悬挂在绝缘细线上带负电的小球 B 靠近 C，如图所示，下列判断正确的是()AA 将向右偏，B 也将向右偏BA 的位置不变，B 向右偏CA 将向左偏，B 的位置不变DA 向左偏，B 向右偏解析：金属球壳可以屏蔽住外电场，所以 A 的位置不变，球壳在带电小球 A 的电场中出现静电感应现象，使得球壳外表面分布正电荷，则 B 球向右偏，故选 B.答案：B5.如图所示，将原来不
15、带电的绝缘导体 AB，置于带正电的点电荷 C 所形成的电场中，不正确的是()A绝缘导体上 A、B 两点的电势相等，且都高于大地的电势B绝缘导体上的感应电荷在导体内部一点 D 产生的场强大小等于点电荷 C 在 D 点产生场强的大小C导体表面各处的电场线均与导体表面垂直D导体内部电势处处为零解析：静电平衡时，绝缘导体上 A、B 两点的电势相等，电场线从 C 到导体，再到无穷远，所以导体的电势高于大地的电势，而导体内部 D 点的合场强为零，说明感应电荷在导体内部一点 D 产生的场强大小等于点电荷 C 在 D 点产生场强的大小，选项 A、B 正确；由于导体 AB 的表面为一等势面，而电场线一定与等势面垂直，故选项 C 正确；导体内部的合电场处处为零，但是电势不一定为零，选项 D 错误答案：D
