2020-2021学年人教版物理选修3-1学案：1.7　静电现象的应用 含解析

1、祝学子学业有成，取得好成绩7静电现象的应用素养目标定位）理解静电平衡状态及特点知道静电平衡时导体上电荷的分布特点了解生活中的静电现象及应用,素养思维脉络）知识点1静电平衡状态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_。知识点2导体上电荷的分布1处于静电平衡状态的导体内部

2、没有电荷,电荷只分布在导体的_外表面上_。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.知识点3尖端放电1电离在导体尖端强电场的作用下,使空气分子中的_正负电荷_分离，这种现象叫做空气的电离。2尖端放电由于导体尖端的_电荷密度_很大,其附近电场_很强_,使周围中性空气分子电离，变成带电离子，这些带电粒子在强电场加速下，会使更多的空气分子电离，产生大量的_带电粒子_，与导体尖端的电荷符号相反的粒子被_吸引_到尖端，跟尖端上的电荷_中和_，这相当于尖端_失去_电荷,这个现象叫尖端放电。3应用和防止(1)应用:_避雷针_是利用尖端放电避免雷击的一种设

3、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。知识点4静电屏蔽1定义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_影响的现象。2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。 思考辨析判一判（1)静电平衡时，导体内的自由电子不再运动。(）（2)静电平衡时，导体内部场强为零。(）(3)静电平衡时，导体电势为零。（)(4）静电平衡时,导体内部表现为电中性.电荷都分布在外表面，导体内部没有净电荷。（）（5)一个孤立的带电体,在自身所带电荷的电场中，处于

4、静电平衡状态，不具有静电平衡的特点。(）选一选(多选）夏季，在雷云形成的过程中，由于摩擦起电一些云层带正电，另一些云层带负电，它们对大地的静电感应使地面产生异种电荷。当云层与云层间或云层与地面间的“电势差”达到几万伏以上时，空气被击穿，暴发电闪雷鸣。假如在户外我们遭遇雷电,下列防雷措施可行的是(cd)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、快骑自行车和在雨中狂奔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,在尖端的电荷分布密度很大，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

5、速开摩托、快骑自行车和在雨中狂奔,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。想一想你知道家用电视机、收音机外壳的制作材料为何一般是塑料，而不用金属的主要原因吗？解析：若用金属制作家用电视机、收音机外壳，用电器的金属外壳就形成静电屏蔽,电磁信号就难以被电视机、收音机这类电磁波接收器接收，电视机、收音机就不能正常工作.探究一对静电平衡及其特点的理解s 1如图所示，当一个带电体靠近不带电导体时，由于导体内的自由电子受到静电力的作用,将向着与电场相反的方向定向移动,从而使导体两端出现等量异种电荷，这就是前面学习的静电感应现象。（1）这种定向移

6、动是无休止的吗？(2)电荷的移动对导体内部的电场有影响吗？(3)你能在图中画出等势面吗?提示：（1)不是(2）有(3)能（图略）g 1静电平衡实质（1)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，使合场强减小,随着感应电荷的继续增加，合场强逐渐减小,直至合场强为零，自由电荷的定向移动停止。（2)静电平衡的条件:导体内部的合场强为零,即e合0.2。：3静电平衡导体的电荷分布特点内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，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，

7、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:特别提醒:(1)一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点.(2）人与大地都是导体，在人摸(触）导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，达到静电平衡状态。d 典例1(多选）如图所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷q，a、b两点是金属板右侧表面上的两点，其中a到q的距离较小，下列说法正确的是(bcd）a由于静电感应,金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电b由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面不带电c整个导体，包括表面上的a、b两点，是一个等势体，且电势等于零da、b

8、两点的电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同解题指导：正确理解处于静电平衡状态的导体的特点是处理此类问题的关键。解析:金属板左侧接地，金属板与地球形成了一个导体，金属板相当于近端，而地球相当于远端，根据感应电荷“近异远同”的分布特点，a错，b对;由处于静电平衡状态导体的特点可知,a、b两点电势相等，接地后电势等于零，c对；金属板是一个等势体，电场线垂直于金属板表面向左,所以a、b两点的场强方向相同,d对.对点训练1（多选）如图所示，在水平放置的光滑接地金属板中点的正上方，有带正电的点电荷q，一表面绝缘带正电的金属球（可视为质点,且不影响原电场）自左以速度v0开始在金属板上向右运动，在运动过程

9、中（bc）a小球做先减速后加速运动b小球做匀速直线运动c点电荷q对小球的库仑力不做功d电场力对小球先做正功后做负功解析：金属板在q的电场中达到静电平衡时，金属板是一个等势体,表面是一个等势面，表面的电场线与表面垂直，小球所受电场力与金属板表面垂直，在金属板上向右运动的过程中，电场力方向与位移方向垂直,对小球不做功，根据动能定理得知，小球的动能不变，速度不变,所以小球做匀速直线运动,故选bc.探究二对静电屏蔽的理解s 2飞机在云层与云层之间飞行或起飞、着陆时都有可能遭遇雷击。但是当飞机遭遇雷击时，电流可以从雷电云达到飞机头部，纵向流过机身外壳，最后从机尾凌空打到地上或从其中一机翼打过另一机翼，横

10、向流过机身,但不管怎样，闪电都只会沿着飞机外壳流过，而不会进入机内对乘客造成伤害,你知道这是为什么吗？提示：飞机外壳是金属材料的，它会在雷击时形成静电屏蔽，保护飞机内的乘客。g 1静电屏蔽的实质静电屏蔽实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的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）金属壳内部不受外部影响如图：把验电器靠近带电体,箔片会张开，但如果把验电器置于金属网罩内，再靠近带电体，箔片不再张开，说明网罩内不受外电场的影响。(2)接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响如一封闭的导体

11、壳内部空间某点有一点电荷q.由于静电感应，导体壳内外表面感应出等量的异种电荷。其电场线如图甲所示，当把导体壳接地后,q在壳内的电场对壳外空间就没有影响了，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,腔内电场对腔外空间产生影响。d 典例2（多选）下图中p是一个带电体，n是一个不带电的金属空腔，在哪些情况下，放在绝缘板上的小纸屑（图中s)不会被吸引（ad）解题指导:不接地的空腔物体可以屏蔽外界电场，接地的空腔物体可以屏蔽内部的电场，其本质都是由于外界电场与感应电场叠加的

12、结果，分析中应特别注意分清原电荷产生的电场、感应电场以及叠加后的合电场。解析：小纸屑是绝缘体，当处于电场中时，虽不会像导体一样出现电荷的定向移动，但内部的极性分子也会在电场力的作用下移动，使异种电荷一端更靠近施感电荷，因而也会受到施感电荷的吸引力。a中由于静电屏蔽，p的电场影响不到导体n的内部,即n内部无电场,所以s不会被吸引，a正确。b中n没有接地，p的电场会影响到n的外部,即s处有电场，s会被吸引.c中p和s都处于导体n的外部，s处有电场，会被吸引。d中n被接地，内部电场不影响导体外部，即s处无电场，不会被吸引,d正确.对点训练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

13、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（bc)a采用金属材料编织的衣服目的是使衣服不易拉破b采用金属材料编织的衣服目的是利用静电屏蔽c电工穿上屏蔽服后，体内场强为零d电工穿上屏蔽服后，体内电势为零解析：屏蔽服的作用是在穿用后，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，而电场中的导体内的电场强度为0，所以bc正确，ad错误.静电的应用与防止（1）应用：静电应用依据的物理原理几乎都是让带电的物质粒子在电场力的作用下，奔向并吸附到电极上。（2）

14、危害：静电由于吸附尘埃会给印刷、合成纤维等工业生产带来危害。静电对高精密仪器有干扰甚至毁坏作用.静电的最大危害是有可能因静电火花点燃某些易燃物质而引起爆炸。（3)防止：最简单而又最可靠的办法是用导线把设备接地，这样可以把电荷引入大地，避免静电积累.油罐车尾部拖的铁链就是一根接地线。调节空气的湿度也是防止静电危害的有效方法.案例（多选）(2019浙江省杭州市高二上学期期末）关于静电现象的防止与应用，下列说法中正确的是（abd)a在自助加油站给汽车加油时,应禁止梳头或穿脱衣服b高压输电线上方的两条导线与大地相连，可以把高压输电线屏蔽起来，免遭雷击c处于静电平衡状态的导体上的感应电荷在其内部形成的电场强度为零d避雷针的作用是通过尖端放电，中和大气中的电荷，降低云层与大地的电