人教版選修31靜電現(xiàn)象的應(yīng)用

1、第7節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用1靜電平衡狀態(tài)(1)概念：導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不發(fā)生定向移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體就達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)(2)靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特征處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外部表面附近任一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向與該點(diǎn)的所在表面垂直靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈電荷，凈電荷只能分布在導(dǎo)體外表面上2尖端放電(1)達(dá)到靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體表面越尖的地方，電荷分布的密集度越大(2)尖端放電：導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，使周?chē)行钥諝夥肿与婋x成正負(fù)離子，那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子被吸引到尖端，與尖端上的電荷中和，這相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去

2、電荷，這種現(xiàn)象叫做尖端放電(3)應(yīng)用與防止應(yīng)用舉例：避雷針；防止舉例：高壓輸電設(shè)備的表面盡量做得光滑，避免放電3對(duì)于處在靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，以下說(shuō)法中正確的是()a導(dǎo)體內(nèi)部既無(wú)正電荷，又無(wú)負(fù)電荷b導(dǎo)體內(nèi)部和外表面處的電場(chǎng)均為零c導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體表面的電荷代數(shù)和為零d導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)為零是外加電場(chǎng)與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)疊加的結(jié)果答案d解析導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部無(wú)凈電荷，即其正、負(fù)電荷總量相等，電荷量為零.其表面處有凈電荷，以至于該處電場(chǎng)不為零4一個(gè)帶電金屬球，當(dāng)它帶的電荷量增加后(穩(wěn)定)，其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)()a一定增加b一定減弱c可能增加也可能減弱d. 不變答案d【概念規(guī)律練】知識(shí)點(diǎn)一感應(yīng)電

3、荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算1. 如圖1所示，長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒水平放置，原來(lái)不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為q的點(diǎn)電荷放在距離棒左端r處，當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上感應(yīng)電荷在棒的中點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)等于多少？方向如何？圖1答案kq/(r)2方向水平向左解析導(dǎo)體棒在點(diǎn)電荷q的電場(chǎng)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，棒中任一點(diǎn)都有兩個(gè)電場(chǎng)，即外電場(chǎng)q在該點(diǎn)形成的電場(chǎng)e，感應(yīng)電場(chǎng)棒上感應(yīng)電荷在該點(diǎn)形成的電場(chǎng)e，達(dá)到靜電平衡時(shí)ee.題中所求的即為e，于是我們轉(zhuǎn)化為求e.棒的中點(diǎn)距離q為rrl/2，于是ee，e和e方向相反，水平向左2. 如圖2所示，點(diǎn)電荷a和b帶電荷量分別為3.0108 c和2.4108 c，彼此相

4、距6 cm.若在兩點(diǎn)電荷連線中點(diǎn)o處放一個(gè)半徑為1 cm的金屬球殼，求球殼感應(yīng)電荷在該中點(diǎn)處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度圖2答案5.4105 n/c方向由o指向a解析q1在o點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為e1k3105 n/c，方向由o指向b；q2在o點(diǎn)的場(chǎng)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(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為e3，由靜電平衡條件知e3e1e25.4105 n/c，方向由o指向a.點(diǎn)評(píng)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，即外加電場(chǎng)與感應(yīng)電荷的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向相反，因此只需求出外加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，便可求得感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)二靜電平衡狀態(tài)電勢(shì)特點(diǎn)與電荷分布規(guī)律3. 如圖3所示，水平放置的金屬板

5、正上方放有一固定的正點(diǎn)電荷q，一表面絕緣的帶正電小球(可視為質(zhì)點(diǎn)且不影響q的電場(chǎng))，從左端以初速度v0滑上金屬板，沿光滑的上表面向右運(yùn)動(dòng)到右端，在該運(yùn)動(dòng)過(guò)程中()圖3a小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)b小球先做減速運(yùn)動(dòng)，后做加速運(yùn)動(dòng)c小球的電勢(shì)能保持不變d靜電力對(duì)小球所做的功為零答案acd解析由于金屬板處于點(diǎn)電荷q形成的電場(chǎng)中，達(dá)到靜電平衡后，金屬板的上表面是一個(gè)等勢(shì)面，表面上電場(chǎng)線是垂直向下的，所以小球受到重力、支持力、向下的電場(chǎng)力，合力為零，故小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)力對(duì)小球不做功選a、c、d.點(diǎn)評(píng)靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體，其外表面是一個(gè)等勢(shì)面，因而在其表面上電場(chǎng)線與表面垂直4如圖4所示，在絕緣板

6、上放有一個(gè)不帶電的金箔驗(yàn)電器a和一個(gè)帶正電荷的空腔導(dǎo)體b.下列實(shí)驗(yàn)方法中能使驗(yàn)電器箔片張開(kāi)的是()圖4a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的外壁接觸一下后再跟a接觸c用絕緣導(dǎo)線把驗(yàn)電器跟取電棒c的導(dǎo)體部分相連，再把取電棒與b的內(nèi)壁接觸d使驗(yàn)電器a靠近b答案bcd解析在a選項(xiàng)中先和b的內(nèi)壁接觸后，由于b的內(nèi)壁本身沒(méi)有電荷，所以再接觸a時(shí)驗(yàn)電器箔片不張開(kāi)；而b項(xiàng)中可以使c球帶電，從而使a球帶電；c項(xiàng)中用絕緣導(dǎo)線實(shí)際上將驗(yàn)電器和b連成了一個(gè)導(dǎo)體，a球因接觸而帶電；d項(xiàng)中是感應(yīng)起電所以b、c、d項(xiàng)正確點(diǎn)評(píng)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面

7、上因?yàn)閷?dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零，導(dǎo)體內(nèi)部就不可能有未被抵消的電荷假如內(nèi)部某處有靜電荷，在它附近的場(chǎng)強(qiáng)就不可能為零知識(shí)點(diǎn)三靜電屏蔽5下列實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)電器的金屬箔會(huì)張開(kāi)的圖是()答案b解析a中不會(huì)張開(kāi)，金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場(chǎng)b中會(huì)張開(kāi)，因?yàn)榻饘倬W(wǎng)未接地，網(wǎng)內(nèi)的帶電體可以對(duì)外界產(chǎn)生影響c中不會(huì)張開(kāi)，因?yàn)榻饘倬W(wǎng)已接地，網(wǎng)內(nèi)的帶電體對(duì)網(wǎng)外無(wú)影響，網(wǎng)外的帶電體對(duì)網(wǎng)內(nèi)也無(wú)影響6. 如圖5所示，原來(lái)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5a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出正電荷，殼外壁帶負(fù)電答案acd解析球殼內(nèi)正電荷產(chǎn)生電場(chǎng)，使球殼處于靜電平

8、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(shí)，不論內(nèi)表面接地還是球殼外表面接地，待穩(wěn)定后球殼的電勢(shì)必定為零球殼的外表面無(wú)感應(yīng)電荷，球殼外也沒(méi)有靜電場(chǎng)，這就是接地導(dǎo)體殼的靜電屏蔽作用故a、c選項(xiàng)正確若將接地線斷開(kāi)再移去殼內(nèi)正電荷時(shí)，殼內(nèi)表面的負(fù)電荷就會(huì)分布到球殼的外表面上，內(nèi)壁不再帶電故d選項(xiàng)正確【方法技巧練】一、感應(yīng)電荷電場(chǎng)線的確定方法7. 如圖6所示，在孤立點(diǎn)電荷q的電場(chǎng)中，金屬圓盤(pán)a處于靜電平衡狀態(tài)若金屬圓盤(pán)平面與點(diǎn)電荷在同一平面內(nèi)，試在圓盤(pán)a內(nèi)做出由盤(pán)上感應(yīng)電荷形成的附加電場(chǎng)的三條電場(chǎng)線(用實(shí)線表示，要求嚴(yán)格作圖)圖6答案如圖所示解析畫(huà)出感應(yīng)電荷形成

9、的附加電場(chǎng)在a圓盤(pán)內(nèi)的三條電場(chǎng)線(實(shí)線)如圖所示導(dǎo)體a處于靜電平衡狀態(tài)，因此內(nèi)部每點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)都為零，即導(dǎo)體a內(nèi)的每一點(diǎn)，感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度都與點(diǎn)電荷q在那點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反，即感應(yīng)電荷的電場(chǎng)線與點(diǎn)電荷q的電場(chǎng)線重合，且方向相反方法總結(jié)處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體內(nèi)部由點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)(外電場(chǎng))、感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，其實(shí)際電場(chǎng)為疊加后的合電場(chǎng)，且為零因此，根據(jù)外加電場(chǎng)情況便可確定感應(yīng)電荷的電場(chǎng)分布情況二、電荷分布情況的確定方法8. 如圖7所示，a為空心金屬球，b為金屬球，將另一帶正電的小球c從a球開(kāi)口處放入a球中央，不接觸a球，然后用手摸一下a球，再用手接觸一下b球，再移走c球，則()

10、圖7aa球帶負(fù)電，b球帶正電ba球帶負(fù)電，b球不帶電ca、b兩球都帶負(fù)電da、b兩球都帶正電答案b解析首先帶正電的小球c從a球開(kāi)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)表面感應(yīng)帶負(fù)電荷，外表面感應(yīng)帶正電荷，手接觸a相當(dāng)于a接地，由地面上來(lái)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(shì)為零，此時(shí)a球?qū)ν馄痨o電屏蔽作用，a球內(nèi)的電場(chǎng)不影響外部電子為何從地面流入a球？因?yàn)閹д姷腶球外表面電勢(shì)比地面零電勢(shì)高，手觸a后，電子由低電勢(shì)流向高電勢(shì)，此時(shí)b球電勢(shì)也為零手離開(kāi)a后，c球不動(dòng)，各處場(chǎng)強(qiáng)及電勢(shì)分布情況不變，所以手接觸b時(shí)，無(wú)電荷移動(dòng)，所以b球不帶電當(dāng)帶正電的c球從a球內(nèi)移走

11、后，a球內(nèi)表面所帶的負(fù)電荷移至外表面，所以a球帶負(fù)電c球移走后，a球內(nèi)表面負(fù)電荷移至外表面，這是因?yàn)閹щ妼?dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部和空腔內(nèi)表面均沒(méi)有靜電荷，電荷均分布在導(dǎo)體的外表面由上述可知，選項(xiàng)b是正確的9. 一個(gè)帶有絕緣座的空心金屬球殼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8所示，則a、b帶電荷量分別為()圖8aqa1108 cqb1108 cbqa2108 cqb0cqa0qb2108 cdqa4108 cqb2108 c答案b解析b與a接觸后，凈電荷全部分布在外表面，內(nèi)壁電荷量為零點(diǎn)撥處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，凈電荷僅

12、分布在外表面1一個(gè)不帶電的空心金屬球，在它的球心處放一個(gè)正電荷，其電場(chǎng)分布是下圖中的哪一個(gè)()答案b2請(qǐng)用學(xué)過(guò)的電學(xué)知識(shí)判斷下列說(shuō)法正確的是()a電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全b制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好c小鳥(niǎo)停在單根高壓輸電線上會(huì)被電死d打雷時(shí)，呆在汽車(chē)?yán)锉却粼谀疚堇镆ｋU(xiǎn)答案b解析由靜電屏蔽的知識(shí)可知，a、d選項(xiàng)均錯(cuò)；金屬可以消除多余的靜電，b項(xiàng)正確；單根高壓輸電線上相距較近的兩點(diǎn)之間電阻很小，因而電壓較小，小鳥(niǎo)不會(huì)被電死，c選項(xiàng)錯(cuò)誤3. 一金屬球，原來(lái)不帶電，現(xiàn)沿球的直徑的延長(zhǎng)線放置一均勻帶電的細(xì)桿mn，如圖9所示金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在球內(nèi)直徑上a、b、c三點(diǎn)的電場(chǎng)分別為ea、e

13、b、ec，三者相比有()圖9aea最大beb最大cec最大deaebec答案c解析處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)處處為零，故a、b、c三點(diǎn)的電場(chǎng)都為零，靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)為零是感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外電場(chǎng)疊加的結(jié)果，所以感應(yīng)電荷在球內(nèi)某點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)與mn在這一點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)等大反向比較a、b、c三點(diǎn)感應(yīng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)質(zhì)上是比較帶電體mn在這三點(diǎn)的電場(chǎng)由于c點(diǎn)離mn最近，故mn在c點(diǎn)的電場(chǎng)最大，感應(yīng)電荷在c點(diǎn)電場(chǎng)也最大正確選項(xiàng)為c項(xiàng)點(diǎn)撥靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度為零是空間中所有電荷在導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和為零4金屬球殼原來(lái)帶有電荷，而驗(yàn)電器原來(lái)不帶電，如圖10所示，現(xiàn)將金屬球殼內(nèi)表

14、面與驗(yàn)電器的金屬小球相連驗(yàn)電器的金屬箔將()圖10a不會(huì)張開(kāi) b一定會(huì)張開(kāi)c先張開(kāi)，后閉合d可能會(huì)張開(kāi)答案b解析處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，凈電荷僅分布在外表面，細(xì)導(dǎo)線將球殼內(nèi)壁與驗(yàn)電器連接后，驗(yàn)電器應(yīng)看做是金屬球殼的外部5. 如圖11所示，帶電體q靠近一個(gè)接地空腔導(dǎo)體，空腔里面無(wú)電荷在靜電平衡后，下列物理量中等于零的是()圖11a導(dǎo)體腔內(nèi)任意點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)b導(dǎo)體腔內(nèi)任意點(diǎn)的電勢(shì)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abd解析靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，且內(nèi)表面不帶電，故選項(xiàng)a、d正確；由于導(dǎo)體接地，故整個(gè)導(dǎo)體的電勢(shì)為零，選項(xiàng)b正確；導(dǎo)體外表面受帶電體q的影響，所帶電荷量不為零，故選

15、項(xiàng)c不正確6圖12中接地金屬球a的半徑為r，球外點(diǎn)電荷的電荷量為q，到球心的距離為r.該點(diǎn)電荷的電場(chǎng)在球心的場(chǎng)強(qiáng)大小等于()圖12akkbkkc0 dk答案d7如圖13所示，在真空中，把一個(gè)絕緣導(dǎo)體ab向帶負(fù)電的小球p緩慢靠近(不相碰)，下列說(shuō)法中正確的是()圖13ab端的感應(yīng)電荷越來(lái)越多b導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)越來(lái)越大c導(dǎo)體的感應(yīng)電荷在m點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)恒大于在n點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)d感應(yīng)電荷在m、n兩點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)相等答案ac解析絕緣導(dǎo)體ab緩慢靠近帶負(fù)電的小球p的過(guò)程中，導(dǎo)體ab始終處于靜電平衡狀態(tài)其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)一直為零由于外電場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)，導(dǎo)體b端的感應(yīng)電荷會(huì)越來(lái)越多，由于外電場(chǎng)在m點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)恒大于n點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，而感應(yīng)電荷的場(chǎng)強(qiáng)與外電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等、方向相反，所以感應(yīng)電荷在m點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)恒大于在n點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)8. 如圖14所示，為一空腔球形導(dǎo)體(不帶電)，現(xiàn)將一個(gè)帶正電的小金屬球a放入腔中，當(dāng)靜電平衡時(shí)，圖中a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)e和電勢(shì)的關(guān)系是()圖14aeaebec，abcbeaebec，abcceaebec，