1.7 静电现象的应用（学生版）

学而优教有方第7课静电现象的应用目标目标导航学习目标1.了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特性。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。核心提炼1个概念——静电平衡2个应用——尖端放电和静电屏蔽知识精讲知识精讲知识点01静电平衡状态下导体的电场1．静电平衡状态：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态．2．静电平衡状态的特征(1)处于静电平衡状态的导体，内部的电场处处为零．(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02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越大，凹陷的位置几乎没有电荷．知识点03尖端放电1．空气的电离：导体尖端的电荷密度很大，电场很强，带电粒子在强电场的作用下剧烈运动撞击空气分子，从而使空气分子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．3．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．知识点04静电屏蔽1．静电屏蔽金属壳(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的作用叫做静电屏蔽．2．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．【知识拓展】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AB、CD两面出现等量异号电荷，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，向着与电场方向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方向相反，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．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(r≪l)的空心金属球，且球心位于O点，如图2所示，则球壳上的感应电荷在O处的场强的大小为多大？方向如何？图2答案eq\f(3kQ,l2)方向向右解析根据电场的叠加和静电平衡，球心O处的合场强为0，即感应电荷的电场强度与A、B两点电荷在O处所产生的合场强等大、反向，即E感＝EA＋EB＝keq\f(Q,l2)＋keq\f(2Q,l2)＝eq\f(3kQ,l2)，A、B在O处产生的场强方向向左，所以E感向右．求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法是：1先求出外电场场强E外的大小和方向.2由于导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1一金属球原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图3所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比()图3A．Ea最大 B．Eb最大C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec二、导体上电荷的分布静电平衡时，导体上的电荷分布规律1．净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷．2．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4甲所示．3．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．甲乙图4例2(多选)如图5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()图5A．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．用带绝缘外皮的导线把验电器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答案BCD解析A项中取电棒先和B的内壁接触后，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项中可以使取电棒带电，从而使A带电；C项中用带绝缘外皮的导线实际上是将验电器A和C连成了一个导体，A因接触而带电；D项中是感应起电．所以B、C、D项正确．针对训练2如图6所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并接触，其结果可能是()图6A．只有球壳外表面带正电B．球壳的内表面带负电，外表面带正电C．球壳的内、外表面都带正电D．球壳的内表面带正电，外表面带负电三、静电屏蔽(1)如图7甲所示，使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片是否张开？图7(2)如图乙，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开？这些现象说明了什么？(3)如图丙，金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属网罩，如图丁，把金属网罩接地．图丙验电器的箔片是否张开？图丁验电器的箔片是否张开？这些现象说明了什么？答案(1)使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片会张开．(2)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．(3)金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属网罩，验电器箔片张开，把金属网罩接地，验电器箔片不张开，这些现象说明网罩不接地时内部带电体能影响外界；金属网罩接地时，内部带电体不影响外界．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，矢量和为零．2．静电屏蔽的两种情况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场强为零，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，不能是绝缘体例3将悬挂在绝缘细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与球接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图8所示，则()图8A．A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向B．A的位置不变，B向右偏离竖直方向C．A向左偏离竖直方向，B的位置不变D．A和B的位置都不变答案B解析带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内，由于静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此B所在处有电场，所以B在电场力作用下向右偏而靠近C；由于空心球能屏蔽B球的电场，所以，A所在处电场强度为零，故A球不受电场力作用，位置不变．故B正确．分层提分分层提分题组A基础过关练选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)1．生活中为了避免火花放电的危害，会采取一些措施，下列哪些情况属于避免火花放电()A．运油车的尾部有一条铁链接触到地面B．电子打火机点火时C．发电厂排放废气时先进行静电除尘D．为了油漆较均匀采用静电喷涂2.一金属球，原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比，则()A．Ea最大 B．Eb最大C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec3．在具有一定厚度的空心金属球壳的球心位置处放一正点电荷，图中的四个图画出了其空间电场的电场线分布情况，符合实际情况的是()ABCD4．带负电的空心金属球壳置于绝缘支架上，将4个原来不带电的金属小球按图示位置放置，A球用绝缘轻绳竖直悬挂，B球接地，C球用导线与球壳内部相连，D球与球壳内部接触。设大地及无穷远处电势为零，当达到静电平衡时，下列说法正确的是()A．由于静电感应，A球带正电B．B球接地带负电，但电势为零C．C球不带电，但电势与球壳电势相等D．D球不带电，但电势小于零5．如图所示，在一电场强度为E的匀强电场中放有一个金属空心导体，图中a、b分别为金属导体内部与空腔中的两点，则()A．a、b两点的电场强度都为零B．a点的电场强度为零，b点的电场强度不为零C．a点的电场强度不为零，b点的电场强度为零D．a、b两点的电场强度都不为零6.(多选)如图所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷＋Q，a、b是金属板右侧表面的两点，其中a到＋Q的距离较小。下列说法正确的是()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点，是一个等势体，且电势等于零D.a、b两点的电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同，但a点的场强比b点的场强要强(大)一些题组B能力提升练1．某农村小塑料场的高频热合机产生的电磁波频率和电视信号频率接近，由于该村尚未接通有线电视信号，空中的信号常常受到干扰，在电视荧屏上出现网状条纹，影响正常收看。为了使电视机不受干扰，可采取的办法是(D)A．将电视机用一金属笼子罩起来B．将电视机用一金属笼子罩起来，并将金属笼子接地C．将高频热合机用一金属笼子罩起来D．将高频热合机用一金属笼子罩起来，并将金属笼子接地2．一个匀强电场的电场线分布如图甲所示，把一个空心导体引入到该匀强电场后的电场线分布如图乙所示。在电场中有A、B、C、D四个点，下面说法正确的是(B)A．φA＝φB B．φB＝φCC．EA＝EB D．EB＝EC3．如图所示是模拟避雷针作用的实验装置，则有关放电的论述正确的是(A)A．A放电 B．B放电C．A、B一起放电 D．A、B之间放电4．低碳环保是我们追求的生活方式。如图所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，将铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极相连，在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香。转动手摇起电机，蚊香产生的烟雾会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升。关于这个现象，下列说法中正确的是(BD)A．烟尘因为带正电而被吸附到缝被针上B．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大C．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小D．同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变，离铝板越近则加速度越小5．如图所示，四组静电实验中，能使左边的验电器的金箔张开的是(AC)题组C培优拔尖练1．(2019·山东省潍坊市五县(市)区高二上学期联考)每到夏季，我国各地纷纷进入雨季，雷雨等强对流天气频繁发生。当我们遇到雷雨天气时，一定要注意避防雷电。下列说法错误的是(C)A．不宜使用无防雷措施的电器或防雷措施不足的电器及水龙头B．不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙，远离带电设备C．固定电话和手提电话均可正常使用D．在旷野，应远离树木和电线杆2．(2019·四川省三台中学实验中学高二上学期检测)小强在加油站加油时，看到加油机上有如图所示的图标，关于图标的含义，下列说法正确的是(C)A．工作人员工作时间须穿纯棉服装B．用绝缘的塑料梳子梳头应该没有关系C．化纤手套与接触物容易摩擦起电存在安全隐患D．制作这些图标的依据是静电屏蔽原理3．(多选)(2019·浙江鲁迅中学期中考试)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移近金属罩B，则(AD)A．在B的外表面出现感应电荷 B．在B的内表面出现正电荷C．验电器的金属箔片将张开 D．B的左右两侧电势相等4．在开口的绝缘金属壳A的内部有一带正电的小球Q，球壳外用绝缘线吊有一