9.4 静电的防止与利用（原卷版）

9.4静电的防止与利用——划重点之高一暑假预习强化精细讲义知识点1：静电平衡状态1.静电感应现象把导体放人电场,导体内的自由电子在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象.2.静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象,感应电荷的电场与原电场叠加,使导体内部各点的合场强等于零,导体内的自由电子不再发生定向移动的状态.导体中（包括表面上）没有电荷定向移动的状态。如上图所示，金属导体中自由电子受到导体周围电场的电场力作用后向左移动，在右侧出现多余正电荷，导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场反向的电场，因与原来的电场反向，叠加的结果是使原电场强度逐渐减弱，直至导体内部各点的合电场强度等于零为止，此时F＝E内q＝0，导体内的自由电子不再发生定向移动，处于一个平衡状态，我们就说导体达到静电平衡状态。3．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。由于静电感应，在导体两侧出现等量异种感应电荷，感应电荷在导体内部形成与电场E0反向的电场E′，在导体内任一点E′=－E0，使得合电场强度E内=0。静电平衡状态的特征（1）导体达到静电平衡状态后内部场强处处为零是指外电场的电场强度与导体表面感应电荷产生的电场强度的矢量和为零,而不是导体表面的感应电荷在导体内部产生的电场强度为零.外电场在导体内部某点产生的电场强度与没有导体时在该点产生的电场强度相同.（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）金属导体达到静电平衡的时间是非常短的。（5）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。（6）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。知识点2：静电平衡时导体上电荷的分布特点1.内外表面分布不同，电荷都分布在外表面上，导体内部没有净电荷。2.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。3.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。处于静电平衡状态时,导体的外表面是相对的.(1)当场源电荷放在空心球体外面时,感应的电荷只分布在外侧,空心球体的内侧没有电荷,如图甲所示;(2)当场源电荷放在空心球体的内部时,则感应电荷在两个表面(均为外表面)都有分布,如图乙所示.【典例1】如图所示，B是带有绝缘支架的空腔带电金属球壳，A是验电器，A、B相距较远，导线C的一端接验电器的金属球，下列现象正确的是（）A．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔片张开B．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔片闭合C．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔片不张开D．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔片不张开【典例2】如图，一半径为R电荷量为Q的带电金属球，球心位置O固定，P为球外一点。几位同学在讨论P点的场强时，下列说法正确的是（）A．若P点无限靠近球表面，因为球表面带电，由库仑定律可得，P点的场强趋于无穷大B．因为在球内场强处处为0，若P点无限靠近球表面，则P点的场强趋于0C．若Q不变，P点的位置也不变，而令R变小，则P点的场强不变D．若将一个点电荷在球的表面移动一段距离，该点电荷的电势能增加【典例3】如图所示，长为L的导体棒AB原来不带电，现将一个带正电的点电荷Q放在导体棒的左侧BA延长线上的C点，且C点距离导体棒的A端为R，O为AB的中点。当导体棒达到静电平衡后，下列说法正确的是（）A．导体棒A端电势低，B端电势高B．导体棒A端带正电，B端带负电C．感应电荷在O点的场强方向由O点指向AD．感应电荷在O点的场强大小E=【典例4】（多选）如图所示，将不带电导体AB，放在一个点电荷的电场中，点电荷的电荷量为Q，与导体AB的中心O的距离为R。当达到静电平衡时，若沿虚线1将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量分别为QA、QB；若沿虚线2将导体分成两部分，这两部分所带电荷量分别为Q′A．导体A端的电势低于B端的电势B．Q′A=C．QA<QD．导体AB的感应电荷在AB中心处产生的电场强度大小为kQ【典例5】（多选）如图所示，一带电量为q的金属球，固定在绝缘的支架上，这时球外P点的电场强度为E，当把一电量也是q的点电荷A放在P点时，测得点电荷受到的静电力为f；当把一电量为aq的点电荷B放在P点时，测得作用于这个点电荷的静电力为F，下列说法正确的是（）A．a比1小得越多，F的数值越接近afB．a比1小得越多，F的数值越接近aqEC．将电荷A先与金属球接触，再将其放回P点，则电荷A的电势能一定不变D．只将电荷B放到P点，稳定后金属球表面的电场线与球面垂直知识点3：尖端放电1.空气的电离在导体外表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大,周围的电场强度越大.在一定条件下,导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动,并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离.这个现象叫作空气的电离。2.尖端放电的原理导体尖端的强电场使附近的空气电离,电离后产生的那些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,这相当于导体从尖端失去电荷.这种现象叫作尖端放电。3.尖端放电的应用与防止应用:一般的电子打火装置、避雷针、工业烟囱除尘的装置利用的都是尖端放电的原理.防止:高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失.4.避雷针的工作原理当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属针出现与云层相反的电荷，通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的.【典例6】为避免野外高压输电线遭受雷击，在三条输电线上方往往架设有两条与大地相连的导线。下列选项中，与该措施原理相同的是（）A．静电除尘设备B．建筑物顶部安装避雷针C．音、视频等信号线包裹金属网D．电子点火器的钉尖形放电极【典例7】夏天，受强对流天气影响，经常有雷电发生。为避免雷电造成的损害，某建筑顶部装有避雷针。如图所示为某次闪电前瞬间避雷针周围电场的等势面分布情况。在等势面中有A、B、C三点，其中A、B两点位置关于避雷针对称。下列说法正确的是（）A．A、B两点的场强相同B．此次闪电前瞬间避雷针尖端一定带负电C．从云层沿直线向避雷针尖端运动的电荷受到的电场力可能越来越小D．某正电荷从C点移动到B点，电场力对该电荷做负功【典例8】（多选）如图所示，是闪电击中广州塔的画面，广州塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，低端带负电的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成瞬间强电流，云层所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中，下列说法正确的是（）A．云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷B．向塔尖端运动的负电荷受到的电场力越来越小C．越靠近避雷针尖端，电场强度越大D．向塔尖端运动的负电荷电势能减小知识点4：静电屏蔽1.定义:当金属壳达到静电平衡状态时,内部没有电场,因而金属的壳会对其内部起保护作用,使它内部不受外部电场的影响.2.静电屏蔽的实质:金属壳内感应电荷产生的场强和外加电场产生的场强矢量和为零,好像是金属壳将外电场“挡”在外面.3.静电屏蔽的两种情况及本质（1）导体内部不受外部电场的影响①现象:由于静电感应,验电器箔片张开,如图甲所示,将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开,如图乙所示.②本质:由于静电感应,导体网罩上感应电荷产生的电场与外电场在导体网罩内部任一点的场强相互抵消.（2）接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响①现象:如图甲所示,导体壳未接地,正电荷处于导体壳内部,达到静电平衡状态时,导体壳内、外表面出现等量异种电荷,空间电场的电场线起于场源正电荷,终于导体壳内表面负电荷,再起于导体壳外表面正电荷,终于无穷远处,壳内、外表面之间场强处处为零,壳外场强不为零.如图乙所示,导体壳接地,导体壳外的正电荷被大地的负电荷中和,正电荷出现在地球的另一端无穷远处,空间电场起于场源正电荷,终于导体壳内表面负电荷,导体壳内、外表面之间及导体壳外部场强处处为零,导体壳外部空间不受内部电场影响。②本质:由于静电感应,导体壳内表面感应电荷的电场与壳内场源电荷的电场在导体壳表面以外任一点的场强相互抵消。4.应用(1)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.(2)电工高压带电作业时,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.（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。要将内电场屏蔽,导体必须接地,将外表面的感应电荷中和。【典例9】在如图所示的实验中，验电器的金属箔片会张开的是（）A． B．C． D．【典例10】如图所示，用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器。则以下关于验电器箔片的说法正确的是（）A．验电器箔片会张开，因为带电金属球的电场会存在于整个空间的B．验电器箔片可能会张开，只要带电金属球所带电量足够大就可以C．验电器箔片不会张开，因为金属网罩把电荷都导到地球上去了D．验电器箔片不会张开，因为金属网罩会出现感应电荷抵消掉带电金属球在网罩内的电场【典例11】如图所示，将悬挂在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C的内壁接触），在C附近另外有一个悬挂在细线上的带负电的小球B，则（）A．A，B两球均不偏离竖直方向B．A球不偏离竖直方向，B球向右偏离竖直方向C．A球向左偏离竖直方向，B球不偏离竖直方向D．A球向左偏离竖直方向，B球向右偏离竖直方向【典例12】（多选）如图所示，用起电机使金属鸟笼带电，站在金属架上的鸟安然无恙，其原因是（

）A．鸟的脚爪与金属架绝缘B．起电机使笼带电，笼的电场强度不会很高C．鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面D．金属鸟笼起静电屏蔽的作用【典例13】（多选）如图所示，绝缘金属球壳的空腔内、外各有一小球B和A，球壳接地。下列说法正确的是（）A．若A球带电，则球壳内的B球处的电场强度为零B．若B球带电，则A球处的电场强度不为零C．若A球和B球均带电，则彼此也不会相互影响D．若A球和B球均带电，则由于球壳接地，A球对B球没有影响，但B球对A球有影响知识点5静电吸附静电起电包括使正、负电荷发生分离的一切过程,如通过固体与固体表面、固体与液体表面之间的接触、摩擦、碰撞,固体或液体表面的破裂等机械作用产生的正、负电荷分离,也包括气体的离子化、喷射带电以及在粉尘、雪花和暴风雨中的带电现象.在生产和生活中,静电的应用十分广泛,如静电喷涂、静电屏蔽、静电除尘、静电复印等.1.静电除尘电子空气净化器利用风扇将空气送入机内,空气流经正、负电极间时,首先经过带正电的网格,这时带负电的烟尘等粒子被吸附在其上.接着,空气又通过带负电的网格,这时带正电的烟尘等微粒被吸附在其上.最后,活性炭过滤器再将空气中的剩余尘粒过滤一遍,把洁净的空气送入室内.2.静电喷涂工作原理:接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电,在静电力作用下,这些微粒向着作为正极的工件运动,并沉积在工件的表面,完成喷漆工作.3.静电复印激光扫描原稿上的文字或图案,经反射,聚焦在携带静电的硒鼓上.激光扫描到原稿上的空白处,硒鼓上相应部位的静电荷就被消除,留在硒鼓上的静电荷就形成了原稿上的文字或图案,墨粉被硒鼓上的静电吸引,被转移到复印纸上并被加热固定,复印纸上就出现了原稿上的文字或图案。知识点6防止静电的危害静电是一种常见现象,它会给人们带来麻烦,甚至造成危害.如在印刷厂里,纸张之间摩擦带电,会使纸张粘在一起,难以分开;在印染厂里,棉纱、毛绒、人造纤维上的静电会吸引空气中的尘埃,使印染质量下降.静电对现代高精密度、高灵敏度电子设备影响很大,大量的静电不但会妨碍电子设备的正常运行,甚至会因火花放电而击穿电子仪器的某些器件.防止静电危害的主要方法与途径:(1)尽量减少静电的产生,常用的方法是增大空气的湿度；(2)尽快把静电导走,防止静电积累,常用的最简单办法是用导线把设备接地；(3)在易燃易爆气体和粉尘聚集的场所保持良好的通风,消除静电火花的引爆。【典例14】如图所示，穿戴屏蔽服的电力工作人员在几百万伏的高压电线上进行带电作业，屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后做成的服装，下列说法正确的是（）A．金属材料编织成的布不易被拉破B．屏蔽服也可以用绝缘材料替代金属材料制作C．电工穿上屏蔽服进行带电作业时，体内电势为零D．电工穿上屏蔽服进行带电作业时，体内电场强度为零【典例15】在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：如图，一个空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐（金属）片，将锯条与静电起电机负极相连，金属片与静电起电机正极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。当把起电机一摇，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。在起电机摇动时，下列说法正确的是（）A．塑料瓶内存在的是匀强电场B．锯条附近电场强度小C．烟尘带负电，最终被吸附到金属片上D．烟尘带负电，最终被吸附到锯条上【典例16】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，当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铝板吸附，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（）A．烟尘带正电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大一、单选题1．下列说法不属于静电现象应用的是（）A．静电除尘可用于回收水泥粉尘B．复印机应用静电吸附，实现复印工作C．带负电的油漆微粒沉积在作为正极的工件表面，完成喷漆工作D．印刷厂里纸张之间因摩擦带电面吸附在一起，给印刷带来麻烦2．在点电荷﹣Q的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中P点所激发的场强E′的方向在图中正确的是（）A． B．C． D．3．金属球内部空腔内放置一个点电荷后，形成电场的电场线如图所示（未标出场强方向），在轴线上有A、B两点位于空腔内壁上，用EA、EB和φA、φB分别表示A．EA>EB，φA=φC．EA>EB，φA>φ4．如图所示，四个电荷量均为＋q的点电荷固定在一个正方形abcd的四个顶点上，用一小型金属球壳将d点处正电荷封闭在球心位置，球壳半径远小于ab边长。M、N分别为ab和bc的中点，则下列说法正确的是（）A．O点处的电场强度方向沿Od方向 B．M点处的电场强度大小为0C．N点处的电场强度方向沿ON方向 D．若将金属球壳接地，O点处的电场强度不变5．在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：如图所示，一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐（金属）片，瓶内的金属片和锯条的情况如图所示（俯视图）。将锯条与起电机的负极相连，金属片与起电机的正极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。当把起电机一摇，强电场使空气电离而产生负离子和正离子，负离子碰到烟尘微粒使它带负电，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。关于此实验下列说法正确的是（）A．烟尘在向某极运动过程中一定做匀加速运动B．场强方向由锯条指向金属片C．起电机工作后烟尘会向锯条运动，最终被锯条吸附D．起电机工作后烟尘运动过程中电势能减小6．如图，为了研究静电屏蔽现象，某同学将可视为正点电荷的带电小球置于封闭金属空腔的外部或内部，其中Q、N的金属空腔和大地相接，P、M的金属空腔与外界绝缘。规定大地的电势为零，关于场强大小和电势高低，下列说法中正确的是（）A．P金属空腔内任意一点的场强大于零，电势大于零B．Q金属空腔内任意一点的场强等于零，电势等于零C．M金属空腔外附近一点的场强等于零，电势大于零D．N金属空腔外附近一点的场强大于零，电势等于零7．接地导体球壳外固定放置着一个点电荷，空间