1.7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用

1、7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡產(chǎn)生的條件.2.掌握靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點.3.了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其應(yīng)用.一、靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示，不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號電荷.請思考下列問題：圖1(1)自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向如何？(2)自由電子能否一直定向移動？為什么？答案(1)自由電子受外加電場的電場力作用而移動，向著與電場相反的方向定向移動.(2)不能.感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場與外加電場反向，阻礙電子的定向移動，當(dāng)這兩個電場大小相等時，電子的定向移動終止.知識梳理1.

2、靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體在電場中發(fā)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象時，感應(yīng)電荷的電場與原電場疊加，使導(dǎo)體內(nèi)部電場減弱，直至為零，導(dǎo)體內(nèi)部自由電子不再發(fā)生定向移動的狀態(tài).2.處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特征(1)內(nèi)部的電場處處為零.(2)外部表面附近任何一點的場強(qiáng)方向必定與這點的表面垂直.(3)整個導(dǎo)體是個等勢體，它的表面是個等勢面.3.靜電平衡時，導(dǎo)體上的電荷分布特點：(1)導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的表面.(2)在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置電荷的密度(單位面積的電荷量)越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷.即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部任意兩點間的電勢差為零.()(2)靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)

3、部場強(qiáng)處處為零，導(dǎo)體的電勢也為零.()(3)因為外電場和所有感應(yīng)電荷的電場在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的合電場為0，所以處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場處處為0.()(4)靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再運動.()二、尖端放電靜電屏蔽導(dǎo)學(xué)探究(1)避雷針是利用尖端放電保護(hù)建筑物的一種設(shè)施，其原理是什么？(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部場強(qiáng)處處為零，若導(dǎo)體是空心的，則空心部分的場強(qiáng)怎樣？靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？答案(1)導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場很強(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下發(fā)生劇烈的運動，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正、負(fù)電荷分離.這個現(xiàn)象叫做空氣的電離.中性的分子電

4、離后變成帶負(fù)電的自由電子和失去電子而帶正電的離子.這些帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子.那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷.(2)空心部分場強(qiáng)為零.靜電屏蔽是利用“處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零”，即使內(nèi)部有自由電子，受到的電場力也為0，自由電子不發(fā)生定向移動.知識梳理1.空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷密度很大，附近的電場很強(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場的作用下發(fā)生劇烈的運動把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正負(fù)電荷分離的現(xiàn)象.2.尖端放電：所帶電荷與

5、導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象.3.靜電屏蔽：金屬殼或金屬網(wǎng)的空腔內(nèi)不受外界電場的影響，殼(網(wǎng))內(nèi)電場強(qiáng)度保持為0，外電場對殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會產(chǎn)生影響，金屬殼(網(wǎng))的這種作用叫做靜電屏蔽.4.尖端放電和靜電屏蔽的應(yīng)用、防止：(1)尖端放電：應(yīng)用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施.防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量光滑會減少電能的損失.(2)靜電屏蔽的應(yīng)用：電學(xué)儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導(dǎo)線與大地相連.即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)避雷針能避免建筑物被雷擊是因為云層中帶的電荷被避雷針通過導(dǎo)線導(dǎo)入大地.(

6、)(2)用金屬網(wǎng)把驗電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗電器，則驗電器箔片能張開.()(3)飛機(jī)輪上裝有拖地線，油罐車后面拖條鐵鏈都是把靜電導(dǎo)入大地.()(4)電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，目的是銅絲衣服有屏蔽作用，使體內(nèi)場強(qiáng)為零.()一、靜電平衡的理解及應(yīng)用1.處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零的本質(zhì)是外電場E0和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場E的合場強(qiáng)為0，即E0E.2.孤立的帶電導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場強(qiáng)為0的本質(zhì)是分布在導(dǎo)體外表面的電荷在導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)為0.3.處于靜電平衡的導(dǎo)體是等勢體，表面是等勢面，所以導(dǎo)體表面的電場線應(yīng)與導(dǎo)體表面垂直.例1長為l的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為q的點

7、電荷放在距棒左端R處，如圖2所示.當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點P處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小等于_，方向為_.圖2答案向左解析導(dǎo)體棒在點電荷q的電場中發(fā)生靜電感應(yīng)，左端出現(xiàn)負(fù)電荷，右端出現(xiàn)正電荷，棒中任何一點都有兩個電場，即外電場：q在該點形成的電場E0；附加電場：棒上感應(yīng)電荷在該點形成的電場E，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時EE0.題中所求的即為E，于是我們通過上述等式轉(zhuǎn)化為求E0.于是EE0.E和E0方向相反，即方向向左.針對訓(xùn)練1(多選)如圖3所示，帶負(fù)電的點電荷旁有一接地大金屬板，A為金屬板內(nèi)的一點，B為金屬板左側(cè)外表面上的一點，下列關(guān)于金屬板上感應(yīng)電荷在A點和B點的場強(qiáng)方向判斷正確的是(

8、)圖3A.感應(yīng)電荷在A點的場強(qiáng)沿E1方向B.感應(yīng)電荷在A點的場強(qiáng)沿E2方向C.感應(yīng)電荷在B點的場強(qiáng)可能沿E3方向D.感應(yīng)電荷在B點的場強(qiáng)可能沿E4方向答案BC解析金屬板內(nèi)的電場強(qiáng)度處處為0，則感應(yīng)電荷的電場與點電荷的電場等大反向，即感應(yīng)電荷在A點的場強(qiáng)沿E2方向，選項B正確；金屬板表面的電場強(qiáng)度垂直表面向外，即為感應(yīng)電荷的電場與點電荷的電場的合場強(qiáng)，則感應(yīng)電荷在B點的場強(qiáng)可能沿E3方向，選項C正確.二、靜電平衡導(dǎo)體的電荷分布1.凈電荷只分布在導(dǎo)體表面，內(nèi)部沒有凈電荷.2.感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反，電量相等，近異遠(yuǎn)同，如圖4甲所示.3.凈電荷在導(dǎo)體表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷

9、的分布越密集，如圖乙所示.甲乙圖4例2如圖5所示，把一個帶正電的小球放入原來不帶電的金屬空腔球殼內(nèi)并接觸，其結(jié)果可能是()圖5A.只有球殼外表面帶正電B.球殼的內(nèi)表面帶負(fù)電，外表面帶正電C.球殼的內(nèi)、外表面都帶正電D.球殼的內(nèi)表面帶正電，外表面帶負(fù)電答案A解析小球與球殼接觸構(gòu)成一個新導(dǎo)體，它的電荷量都分布在新導(dǎo)體的外表面，即只有球殼外表面帶正電，A對，B、C、D錯.針對訓(xùn)練2(多選)如圖6所示，在絕緣板上放有一個不帶電的金箔驗電器A和一個帶正電荷的空腔導(dǎo)體B.下列實驗方法中能使驗電器箔片張開的是()圖6A.用取電棒C(帶絕緣柄的導(dǎo)體棒)先跟B的內(nèi)壁接觸一下后再跟A接觸B.用取電棒C先跟B的外壁

10、接觸一下后再跟A接觸C.用絕緣導(dǎo)線把驗電器A跟取電棒C的導(dǎo)體部分相連，再把取電棒C與B的內(nèi)壁接觸D.使驗電器A靠近B答案BCD解析A項中取電棒先和B的內(nèi)壁接觸后，由于B的內(nèi)壁本身沒有電荷，所以再接觸A時驗電器箔片不張開；B項中可以使取電棒帶電，從而使A帶電；C項中用絕緣導(dǎo)線實際上是將驗電器A和B連成了一個導(dǎo)體，A因接觸而帶電；D項中是感應(yīng)起電.所以B、C、D項正確.三、靜電屏蔽的理解及應(yīng)用例3如圖7所示，把原來不帶電的金屬殼B的外表面接地，將一帶正電的小球A從小孔中放入球殼內(nèi)，但不與B發(fā)生接觸，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)后，則()圖7A.B的空腔內(nèi)電場強(qiáng)度為零B.B不帶電C.B的外表面帶正電D.B的內(nèi)表

11、面帶負(fù)電答案D解析因為金屬殼的外表面接地，所以外表面無感應(yīng)電荷，只有內(nèi)表面有感應(yīng)電荷分布，且由于A帶正電，則B的內(nèi)表面帶負(fù)電，D對，B、C錯；B的空腔內(nèi)有帶正電的小球A產(chǎn)生的電場和金屬殼內(nèi)表面感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場，由電場疊加知，電場線的方向由A指向B，所以空腔內(nèi)電場強(qiáng)度不為零，A錯.靜電屏蔽的兩種情況屏蔽外電場屏蔽內(nèi)電場圖示實現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場強(qiáng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當(dāng)空腔外部接地時，外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)

12、與靜電平衡針對訓(xùn)練3(多選)如圖8所示，將懸在絕緣細(xì)線上帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球殼B內(nèi)(與內(nèi)壁不接觸).外加一個水平向右的場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場，對于最后的結(jié)果，下列判斷正確的是()圖8A.B的右端帶正電，A向左偏B.B的右端帶正電，A不偏左也不偏右C.B的左端帶正電，A向右偏D.B的左端帶負(fù)電，A不偏左也不偏右答案BD解析導(dǎo)體空腔處于外電場中時，由于靜電感應(yīng)的作用，導(dǎo)體球殼的左端將感應(yīng)出負(fù)電荷，右端將感應(yīng)出正電荷，而導(dǎo)體空腔內(nèi)部完全不受外加電場的影響，故A不會偏轉(zhuǎn)，故A、C錯誤，B、D正確.故選B、D.1.請用學(xué)過的電學(xué)知識判斷下列說法正確的是()A.電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全B.制

13、作汽油桶的材料用金屬比用塑料好C.小鳥停在單根高壓輸電線上會被電死D.打雷時，待在汽車?yán)锉却谀疚堇镆ｋU答案B解析電工穿絕緣衣容易產(chǎn)生大量的靜電，反而比較危險，選項A錯誤.塑料油桶會因摩擦而帶電，因為塑料是絕緣材料，不能把電導(dǎo)走，所以塑料油桶內(nèi)易產(chǎn)生火花導(dǎo)致塑料油桶爆炸，選項B正確.小鳥停在單根高壓輸電線上時，加在小鳥兩腿間的電壓非常小，小鳥不會被電死，選項C錯誤.打雷時，待在汽車?yán)?，汽車的金屬外殼起到靜電屏蔽的作用，而木屋沒有靜電屏蔽作用，所以待在汽車?yán)锉却谀疚堇镆踩?，選項D錯誤.故選B.2.如圖9所示，在一電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場中放一金屬空心導(dǎo)體，圖中a、b分別為金屬導(dǎo)體內(nèi)部與空腔中

14、的兩點，則()圖9A.a、b兩點的電場強(qiáng)度都為零B.a點電場強(qiáng)度為零，b點不為零C.a點電場強(qiáng)度不為零，b點為零D.a、b兩點電場強(qiáng)度均不為零答案A3.(多選)如圖10所示，B是帶有絕緣支架的空腔帶電金屬球殼，A是驗電器，A、B相距較遠(yuǎn)，導(dǎo)線C的一端接驗電器的金屬球，下列現(xiàn)象正確的是()圖10A.將C的另一端與B的外殼接觸，驗電器的金屬箔張開B.將C的另一端與B的內(nèi)表面接觸，驗電器的金屬箔張開C.將C的另一端與B的外殼接觸，驗電器的金屬箔不張開D.將C的另一端與B的內(nèi)表面接觸，驗電器的金屬箔不張開答案AB4.如圖11所示，點電荷A和B帶電荷量分別為3.0108 C和2.4108 C，彼此相距6

15、 cm.若在兩點電荷連線中點O處放一個半徑為1 cm 的金屬球殼，求球殼上感應(yīng)電荷在O點處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度.(靜電力常量k9109 Nm2/C2)圖11答案5.4105 N/C，方向由O指向A解析q1在O點的場強(qiáng)大小為E1k3105 N/C，方向由O指向B；q2在O點的場強(qiáng)大小為E2k2.4105 N/C，方向由O指向B；設(shè)感應(yīng)電荷在O點處產(chǎn)生的場強(qiáng)為E3，由靜電平衡條件知E3E1E25.4105 N/C，方向由O指向A.一、選擇題(17題為單選題，810題為多選題)1.當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時，場強(qiáng)方向的特征是()A.外電場E0消失B.感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場E為零C.導(dǎo)體內(nèi)部的合電場E為零D.導(dǎo)體

16、表面和內(nèi)部的合電場均為零答案C解析靜電平衡的導(dǎo)體感應(yīng)場強(qiáng)與原場強(qiáng)大小相等、方向相反，合電場為零.2.在點電荷Q的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓平面與點電荷在同一平面內(nèi)，則盤上感應(yīng)電荷在盤中A點所激發(fā)的附加場強(qiáng)E的方向在下圖中正確的是()答案A解析感應(yīng)電荷在盤中A點激發(fā)的附加場強(qiáng)E應(yīng)與Q在A點產(chǎn)生的場強(qiáng)等大反向，故A正確.3.如圖1所示，帶電體Q靠近一個接地空腔正方體導(dǎo)體，空腔里面無電荷，達(dá)到靜電平衡后，下列物理量中不等于零的是()圖1A.導(dǎo)體空腔內(nèi)任意點的場強(qiáng)B.導(dǎo)體空腔內(nèi)任意點的電勢C.導(dǎo)體外表面的電荷量D.導(dǎo)體空腔內(nèi)表面的電荷量答案C解析靜電平衡后導(dǎo)體空腔內(nèi)任意點的場強(qiáng)為0；電荷

17、分布在導(dǎo)體外表面，空腔內(nèi)表面的電荷量為0；導(dǎo)體為等勢體，接地后電勢為0.4.如圖2所示為一空腔球形導(dǎo)體(不帶電)，現(xiàn)在將一個帶正電的小金屬球A放入空腔中，當(dāng)靜電平衡時，圖中a、b、c三點的場強(qiáng)E和電勢的關(guān)系是()圖2A.EaEbEc，abcB.EaEbEc，abcC.EaEbEc，abcD.EaEcEb，abc答案D解析畫出空腔導(dǎo)體內(nèi)外的電場線分布如圖所示，可以看出Eb0，但b0，由內(nèi)向外，電勢依次降低，abc；由電場線疏密可看出EaEcEb.5.如圖3所示，驗電器A不帶電，驗電器B的上面安裝有幾乎封閉的金屬筒C，并且B的金屬箔片是張開的，現(xiàn)手持一個帶絕緣棒的金屬小球D，使D接觸C的內(nèi)壁，再移

18、出與A的金屬小球接觸，無論操作多少次，都不能使A帶電，這個實驗說明了()圖3A.C是不帶電的B.C的內(nèi)部是帶電的C.C的內(nèi)部電勢為零D.C的內(nèi)部場強(qiáng)為零答案D6.如圖4所示，A為空心金屬球，B為金屬球，A、B原來不帶電，將另一帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央，不接觸A球，然后用手接觸一下A球，再用手接觸一下B球，再移走C球，則()圖4A.A球帶負(fù)電荷，B球帶正電荷B.A球帶負(fù)電荷，B球不帶電C.A、B兩球都帶負(fù)電荷D.A、B兩球都帶正電荷答案B解析首先帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央.根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象可知，A球內(nèi)表面帶負(fù)電荷，外表面帶正電荷.用手接觸A相當(dāng)于把A接地，由大地傳導(dǎo)

19、過來的電子與A球外表面正電荷中和，使A球外表面不帶電，A球外表面電勢為零，此時A球?qū)ν馄痨o電屏蔽作用，A球內(nèi)的電場不影響外部.用手接觸B時，無電荷移動，B球不帶電.當(dāng)帶正電荷的C球從A球內(nèi)移走后，A球內(nèi)表面所帶的負(fù)電荷移至外表面，所以此時A球帶負(fù)電荷.由上述可知，選項B正確.7.一帶有絕緣底座的空心金屬球殼A帶有4108 C的正電荷，有絕緣柄的金屬小球B帶有2108 C的負(fù)電荷，使B球與球殼A內(nèi)壁接觸，如圖5所示，則A、B帶電荷量分別為()圖5A.QA1108 C，QB1108 CB.QA2108 C，QB0C.QA0，QB2108 CD.QA4108 C，QB2108 C答案B解析B與A接觸

20、后，靜電荷全部跑到外表面，內(nèi)壁電荷量為零，故B帶電荷量為零，A帶電荷量為正、負(fù)電荷電荷量之和，即QA2.0108 C.8.如圖6所示，原來不帶電的金屬球殼內(nèi)壁接地，將一帶正電的小球放入其中，但不與球殼接觸，則()圖6A.球殼內(nèi)壁帶負(fù)電B.球殼外壁帶正電C.球殼外壁不帶電D.若將接地線去掉再移去正電荷，球殼外壁帶負(fù)電答案ACD解析球殼內(nèi)正電荷產(chǎn)生電場，使球殼處于靜電平衡狀態(tài)，在球殼的內(nèi)表面出現(xiàn)等量異種電荷，球殼的外表面出現(xiàn)等量同種電荷，當(dāng)球殼接地時，不論內(nèi)表面接地還是外表面接地，待穩(wěn)定后球殼的電勢必定為零.球殼的外表面無感應(yīng)電荷，球殼外也沒有靜電場，這就是接地導(dǎo)體殼的靜電屏蔽作用，故A、C選項正確.若將接地線去掉再移去球殼內(nèi)正電荷時，球殼內(nèi)表面的負(fù)電荷就會分布到球殼的外表面上，內(nèi)壁不再帶電.故D選項正確.9.如圖7所示，一導(dǎo)體AB在點電荷Q的電場中發(fā)生靜電感應(yīng)，下列說法正確的是()圖7A.導(dǎo)體中M、N兩點的電場強(qiáng)度相等B.感應(yīng)電荷在M點產(chǎn)生的場強(qiáng)大于感應(yīng)電荷在N點產(chǎn)生的場強(qiáng)C.如果在AB間用一導(dǎo)線