2020-2021學(xué)年高中物理人教版選修3-1學(xué)案：1.7　靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 Word版含解析

1、7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用1靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)(1)靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體中(包括表面)自由電子不再發(fā)生移動(dòng)，我們就認(rèn)為導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡狀態(tài)(2)靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn)：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體，它的表面是一個(gè)等勢(shì)面表面處的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，表面處的電場(chǎng)強(qiáng)度方向跟導(dǎo)體表面垂直2導(dǎo)體上電荷的分布(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部沒(méi)有凈電荷，凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面(2)在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積上的電荷量)越大，凹陷的位置幾乎沒(méi)有電荷3尖端放電(1)電離：使空氣分子中的正負(fù)電荷分離，這種現(xiàn)象叫做空氣的電離(2)尖端放電：

2、導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，使周圍中性空氣分子電離，變成帶電離子，這些帶電離子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速，會(huì)使更多的空氣分子電離，產(chǎn)生大量的正負(fù)離子，與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的離子被吸引到尖端，跟尖端上的電荷中和，這相當(dāng)于尖端失去電荷，這種現(xiàn)象叫做尖端放電(3)應(yīng)用與防止：應(yīng)用：避雷針；防止：高壓輸電設(shè)備的表面盡量做得光滑，避免放電4靜電屏蔽導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零，表現(xiàn)為電中性，若導(dǎo)體是空腔的，空腔部分的電場(chǎng)強(qiáng)度也處處為零，無(wú)論導(dǎo)體外部的電場(chǎng)是什么樣的，電場(chǎng)都不會(huì)深入到導(dǎo)體內(nèi)部，金屬殼的這種作用叫做靜電屏蔽飛機(jī)在云層與云層之間飛行或起飛、著陸時(shí)都有可能遭遇雷擊但是當(dāng)飛機(jī)

3、遭遇雷擊時(shí)，電流可以從雷電云達(dá)到飛機(jī)頭部，縱向流過(guò)機(jī)身外殼，最后從機(jī)尾凌空打到地上或從其中一機(jī)翼打過(guò)另一機(jī)翼，橫向流過(guò)機(jī)身但不管怎樣，閃電都只會(huì)沿著飛機(jī)外殼流過(guò)，而不會(huì)進(jìn)入機(jī)內(nèi)對(duì)乘客造成傷害，你知道這是為什么嗎？提示：飛機(jī)外殼是金屬材料的，它會(huì)在雷擊時(shí)形成靜電屏蔽，保護(hù)飛機(jī)內(nèi)的乘客考點(diǎn)一 對(duì)靜電平衡的理解1靜電平衡實(shí)質(zhì)(1)在達(dá)到靜電平衡的過(guò)程中，外電場(chǎng)引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的定向移動(dòng)使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外電場(chǎng)方向相反，使合場(chǎng)強(qiáng)減小，隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加，合場(chǎng)強(qiáng)逐漸減小，直至合場(chǎng)強(qiáng)為零，自由電荷的定向移動(dòng)停止(2)靜電平衡的條件：導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)為零，即e合0.2靜電平衡狀態(tài)

4、的特點(diǎn)(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特點(diǎn)導(dǎo)體內(nèi)部某處感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)e與周圍原電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)e大小相等，方向相反，兩者相互抵消，導(dǎo)體內(nèi)部處處合場(chǎng)強(qiáng)e合為零，但導(dǎo)體表面的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面，但電勢(shì)不一定為零電場(chǎng)線與導(dǎo)體表面垂直(2)靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)凈電荷都分布在導(dǎo)體的表面，導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈電荷感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反，電量相等，遠(yuǎn)同近異凈電荷在導(dǎo)體表面分布不均勻，導(dǎo)體表面尖銳處電荷分布密集，平滑處電荷分布稀疏，凹陷處幾乎沒(méi)有電荷【例1】長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒原來(lái)不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為q的點(diǎn)電荷放在距導(dǎo)體棒左端r處，如圖所示，當(dāng)導(dǎo)體棒達(dá)到靜電平衡后

5、，棒上感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小等于_，方向_解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度是點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)與感應(yīng)電荷形成的電場(chǎng)的矢量和(2)感應(yīng)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度與點(diǎn)電荷q的電場(chǎng)強(qiáng)度等大反向【答案】向左【解析】導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部合電場(chǎng)強(qiáng)度為零，這是點(diǎn)電荷q所形成的電場(chǎng)與棒兩端出現(xiàn)的感應(yīng)電荷所形成的附加電場(chǎng)在棒中疊加的結(jié)果，即e合e1e20.因此可通過(guò)計(jì)算點(diǎn)電荷q產(chǎn)生的電場(chǎng)e1，來(lái)確定感應(yīng)電荷所形成的電場(chǎng)e2的大小和方向點(diǎn)電荷q在棒中點(diǎn)處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度由公式ek，得e1k，方向向右由該點(diǎn)合電場(chǎng)強(qiáng)度為零知，感應(yīng)電荷在棒中點(diǎn)處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小，e2e1k，方向向左總結(jié)提

6、能 根據(jù)場(chǎng)源電荷和感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)的合電場(chǎng)強(qiáng)度為零的特點(diǎn)，可知在導(dǎo)體內(nèi)部的同一點(diǎn)，感應(yīng)電荷電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度與場(chǎng)源電荷電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等，方向相反因此，可將求解感應(yīng)電荷電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度問(wèn)題，轉(zhuǎn)換為求解場(chǎng)源電荷電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的問(wèn)題在點(diǎn)電荷q的電場(chǎng)中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓平面與點(diǎn)電荷在同一平面內(nèi)，則盤上感應(yīng)電荷在盤中a點(diǎn)所激發(fā)的附加場(chǎng)強(qiáng)e的方向在下圖中正確的是(a)解析：感應(yīng)電荷在盤中a點(diǎn)激發(fā)的附加場(chǎng)強(qiáng)e應(yīng)與q在a點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)等大反向，故a正確考點(diǎn)二 靜電屏蔽的兩種情況1導(dǎo)體外部的電場(chǎng)不影響導(dǎo)體內(nèi)部靜電屏蔽的本質(zhì)是靜電感應(yīng)，導(dǎo)體外面的電場(chǎng)不影響導(dǎo)體內(nèi)部，是因?yàn)橥怆妶?chǎng)與導(dǎo)體

7、表面的感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)疊加后合場(chǎng)強(qiáng)為零如下圖：把驗(yàn)電器靠近帶電體，箔片會(huì)張開(kāi)，如圖(甲)，但如果把驗(yàn)電器置于金屬網(wǎng)罩內(nèi)，再靠近帶電體，箔片不再?gòu)堥_(kāi)，如圖(乙)，說(shuō)明網(wǎng)罩內(nèi)不受外電場(chǎng)的影響2接地導(dǎo)體的內(nèi)部電場(chǎng)不影響導(dǎo)體外部接地導(dǎo)體的內(nèi)部電場(chǎng)不影響導(dǎo)體外部，是因?yàn)閷?dǎo)體外部的感應(yīng)電荷都被排斥入地，在只有施感電荷和內(nèi)壁感應(yīng)出的異種電荷的情況下，兩部分電荷在導(dǎo)體外部任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)疊加后合場(chǎng)強(qiáng)為零如下圖：如果一封閉的導(dǎo)體球殼內(nèi)部空間有一點(diǎn)電荷q.由于靜電感應(yīng)，導(dǎo)體球殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷，其電場(chǎng)線分布如圖(甲)所示；當(dāng)把導(dǎo)體球殼接地后，q在殼內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)外部空間就沒(méi)有影響了，此時(shí)的電場(chǎng)

8、線分布如圖(乙)所示【例2】(多選)如圖所示，一個(gè)不帶電的導(dǎo)體球n，置于空心導(dǎo)體球m附近，現(xiàn)將另一個(gè)帶電荷量為q的金屬球放于空腔導(dǎo)體m內(nèi)，則()a若m接地，n上無(wú)感應(yīng)電荷b若m不接地，且m原來(lái)不帶電，n上無(wú)感應(yīng)電荷c若m不接地，且m原來(lái)不帶電，n上有感應(yīng)電荷d若m不接地，且m原來(lái)帶電，n上一定有感應(yīng)電荷m接地，起到屏蔽外部的作用，只有m內(nèi)有電場(chǎng)，n上當(dāng)然就沒(méi)有感應(yīng)電荷；若m不帶電，也不接地，在m內(nèi)外都有發(fā)散電場(chǎng)【答案】ac【解析】(1)若m接地，分析n上帶電情況(2)若m不接地m原來(lái)不帶電，分析n上帶電情況m原來(lái)帶電，分析n上帶電情況總結(jié)提能 不接地的空腔可以屏蔽外界電場(chǎng)，接地的空腔可以屏蔽內(nèi)

9、部的電場(chǎng)，其本質(zhì)都是由于激發(fā)電場(chǎng)與感應(yīng)電場(chǎng)疊加的結(jié)果，分析中應(yīng)特別注意分清場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，感應(yīng)電場(chǎng)以及疊加后的合電場(chǎng)如圖所示，兩個(gè)相同的空心金屬球m和n，m帶q電荷，n不帶電(m、n相距很遠(yuǎn)，互不影響)，旁邊各放一個(gè)不帶電的金屬球p和r，當(dāng)將帶正電q的小球分別放入m和n的空腔中時(shí)(d)ap、r上均出現(xiàn)感應(yīng)電荷bp、r上均沒(méi)有感應(yīng)電荷cp上有，而r上沒(méi)有感應(yīng)電荷dp上沒(méi)有，而r上有感應(yīng)電荷解析：當(dāng)將帶正電q的小球放入m的空腔中時(shí)，對(duì)m產(chǎn)生靜電感應(yīng)使m的內(nèi)表面帶負(fù)電，而外表面帶正電，其電荷量為q，它與原來(lái)金屬球m外表面所帶的q正好中和，使外表面不帶電，實(shí)際上是m所帶q被吸引至內(nèi)表面，所以金屬球

10、m外部不存在電場(chǎng)，不能對(duì)p產(chǎn)生靜電感應(yīng)，p上沒(méi)有感應(yīng)電荷當(dāng)將帶正電q的小球放入原來(lái)不帶電的n的空腔中時(shí)，對(duì)n產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使n內(nèi)表面帶負(fù)電荷，n外表面帶正電荷，n外部有電場(chǎng)，對(duì)r產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使左端帶負(fù)電，右端帶正電選項(xiàng)d正確1如圖所示是模擬避雷針作用的實(shí)驗(yàn)裝置，則(a)aa放電 bb放電ca、b一起放電 da、b之間放電解析：如題圖所示，a為尖頭、b為圓頭當(dāng)金屬板m、n接在高壓電源上，因末端越尖越容易放電，故a容易放電，故選a.2(多選)在下列措施中，能將產(chǎn)生的靜電盡快導(dǎo)走的是(ab)a飛機(jī)輪子上搭地線 b印染車間保持濕度c復(fù)印圖片 d電工鉗柄裝有絕緣套解析：飛機(jī)在飛行中與空氣摩擦?xí)r，飛機(jī)外

11、表面聚集了大量靜電荷，降落時(shí)會(huì)對(duì)地面人員帶來(lái)危害及火災(zāi)隱患，因此飛機(jī)降落時(shí)要及時(shí)導(dǎo)走機(jī)身聚集的靜電，采取的措施是在輪胎上安裝地線或用導(dǎo)電橡膠制造輪胎；在印染工作車間也同樣容易產(chǎn)生靜電，靜電會(huì)給車間帶來(lái)火災(zāi)隱患，為防止火災(zāi)發(fā)生，其中安全措施之一就是使車間保持濕度，從而通過(guò)濕潤(rùn)的空氣及時(shí)導(dǎo)走靜電；在復(fù)印圖片環(huán)節(jié)中，剛好需要應(yīng)用靜電；電工鉗柄裝有絕緣套是防止導(dǎo)電，保護(hù)電工的安全3如圖所示，小莉同學(xué)站在絕緣木板上將一只手搭在了一個(gè)大的帶電金屬球上，出現(xiàn)了“怒發(fā)沖冠”的現(xiàn)象下列說(shuō)法正確的是(c)a這種現(xiàn)象是靜電感應(yīng)造成的b將另一只手也搭在帶電球上，則這種現(xiàn)象消失c小莉的電勢(shì)與帶電球的電勢(shì)相等d金屬球內(nèi)部

12、的電場(chǎng)強(qiáng)度比頭發(fā)附近的電場(chǎng)強(qiáng)度大解析：人體也是導(dǎo)體，與金屬球接觸時(shí)帶電，頭發(fā)末梢?guī)N電荷，相互排斥，故頭發(fā)豎起，若另一只手也搭上去，現(xiàn)象不會(huì)消失，a、b錯(cuò)誤；金屬球和人體可看成一個(gè)大導(dǎo)體，為等勢(shì)體，故c正確；金屬球內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，小于頭發(fā)附近的電場(chǎng)強(qiáng)度，d錯(cuò)誤4在一些存在大量易燃?xì)怏w的工廠或?qū)嶒?yàn)室里，工作人員要穿一種特制的鞋，這種鞋的導(dǎo)電性能很好這樣做的原因是(a)a能夠?qū)㈦姾蓪?dǎo)入大地，避免電荷在人體上的積累，以免產(chǎn)生火花放電引起火災(zāi)b能夠?qū)㈦姾蓪?dǎo)入大地，避免電荷在易燃?xì)怏w上積累，以免產(chǎn)生火花放電引起火災(zāi)c能夠?qū)⒋蟮刂须姾蓪?dǎo)入人體，以使在人體上積累足夠多的電荷d能夠?qū)⒋蟮刂须姾蓪?dǎo)入易燃?xì)怏w，以使在易燃?xì)怏w上積累足夠多的電荷解析：在一些工廠或?qū)嶒?yàn)室里，存在大量易燃?xì)怏w，工作人員要穿一種特制的鞋，這種鞋的導(dǎo)電性能很好，能夠?qū)㈦姾蓪?dǎo)入大地，避免電荷在人體上的積累，以免產(chǎn)生火花放電，引起火災(zāi)故正確答案為a.5一個(gè)帶有絕緣座的空心金屬球殼a帶有4×108 c的正電荷，有絕緣柄的金屬小球b帶有2&#