1.7 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用（學(xué)生版）

學(xué)而優(yōu)教有方第7課靜電現(xiàn)象的應(yīng)用目標目標導(dǎo)航學(xué)習目標1.了解靜電平衡的概念，知道處于靜電平衡的導(dǎo)體的特性。2.了解靜電平衡時帶電導(dǎo)體上電荷的分布特點。3.了解尖端放電和靜電屏蔽現(xiàn)象。核心提煉1個概念——靜電平衡2個應(yīng)用——尖端放電和靜電屏蔽知識精講知識精講知識點01靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場1．靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動的狀態(tài)．2．靜電平衡狀態(tài)的特征(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的電場處處為零．(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，外部表面附近任何一點的場強方向必跟該點的表面垂直．(3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個等勢體，導(dǎo)體的表面為等勢面．知識點02導(dǎo)體上電荷的分布1．導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，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越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷．知識點03尖端放電1．空氣的電離：導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，電場很強，帶電粒子在強電場的作用下劇烈運動撞擊空氣分子，從而使空氣分子的正負電荷分離的現(xiàn)象．2．尖端放電：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，相當于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象．3．尖端放電的應(yīng)用與防止(1)應(yīng)用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施．(2)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．知識點04靜電屏蔽1．靜電屏蔽金屬殼(網(wǎng))內(nèi)電場強度保持為0，外電場對殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會產(chǎn)生影響的作用叫做靜電屏蔽．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．【知識拓展】一、靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體如圖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AB、CD兩面出現(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，向著與電場方向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方向相反，阻礙電子的定向移動，當這兩個電場大小相等時，電子的定向移動終止．1．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強為零的本質(zhì)是外電場E0和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場E′的合場強為0，即E0＝－E′.2．孤立的帶電導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場強為0的本質(zhì)是分布在導(dǎo)體外表面的電荷在導(dǎo)體內(nèi)部的合場強為0.3．處于靜電平衡狀態(tài)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在真空中有兩個點電荷A和B，電荷量分別為－Q和＋2Q，相距為2l，如果在兩個點電荷連線的中點O有一個半徑為r(r?l)的空心金屬球，且球心位于O點，如圖2所示，則球殼上的感應(yīng)電荷在O處的場強的大小為多大？方向如何？圖2答案eq\f(3kQ,l2)方向向右解析根據(jù)電場的疊加和靜電平衡，球心O處的合場強為0，即感應(yīng)電荷的電場強度與A、B兩點電荷在O處所產(chǎn)生的合場強等大、反向，即E感＝EA＋EB＝keq\f(Q,l2)＋keq\f(2Q,l2)＝eq\f(3kQ,l2)，A、B在O處產(chǎn)生的場強方向向左，所以E感向右．求處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強的方法是：1先求出外電場場強E外的大小和方向.2由于導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，則滿足靜電平衡條件E合＝0.3由E外＋E感＝0，求出感應(yīng)電場E感的大小和方向.針對訓(xùn)練1一金屬球原來不帶電，現(xiàn)沿球的直徑的延長線放置一均勻帶電的細桿MN，如圖3所示，金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場在球內(nèi)直徑上a、b、c三點的場強大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比()圖3A．Ea最大 B．Eb最大C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec二、導(dǎo)體上電荷的分布靜電平衡時，導(dǎo)體上的電荷分布規(guī)律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，電荷量相等，近異遠同，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的分布越密集，如圖乙所示．甲乙圖4例2(多選)如圖5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5A．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．用帶絕緣外皮的導(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項中用帶絕緣外皮的導(dǎo)線實際上是將驗電器A和C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．針對訓(xùn)練2如圖6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6A．只有球殼外表面帶正電B．球殼的內(nèi)表面帶負電，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，外表面帶負電三、靜電屏蔽(1)如圖7甲所示，使帶正電的金屬球靠近驗電器，驗電器的箔片是否張開？圖7(2)如圖乙，若用一個金屬網(wǎng)罩把驗電器罩住，再讓帶電金屬球靠近驗電器，驗電器的箔片是否張開？這些現(xiàn)象說明了什么？(3)如圖丙，金屬網(wǎng)罩不帶電，罩內(nèi)小球帶正電，將驗電器靠近金屬網(wǎng)罩，如圖丁，把金屬網(wǎng)罩接地．圖丙驗電器的箔片是否張開？圖丁驗電器的箔片是否張開？這些現(xiàn)象說明了什么？答案(1)使帶正電的金屬球靠近驗電器，驗電器的箔片會張開．(2)用一個金屬網(wǎng)罩把驗電器罩住，再讓帶電金屬球靠近，驗電器的箔片不張開，說明圖甲中的驗電器受到附近帶電體的影響；圖乙中金屬網(wǎng)罩內(nèi)的驗電器不受附近帶電體的影響．(3)金屬網(wǎng)罩不帶電，罩內(nèi)小球帶正電，將驗電器靠近金屬網(wǎng)罩，驗電器箔片張開，把金屬網(wǎng)罩接地，驗電器箔片不張開，這些現(xiàn)象說明網(wǎng)罩不接地時內(nèi)部帶電體能影響外界；金屬網(wǎng)罩接地時，內(nèi)部帶電體不影響外界．1．靜電屏蔽的實質(zhì)靜電屏蔽的實質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實是殼內(nèi)兩種電場并存，矢量和為零．2．靜電屏蔽的兩種情況導(dǎo)體外部電場不影響導(dǎo)體內(nèi)部接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場不影響導(dǎo)體外部圖示實現(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)的合場強為零，達到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當空腔外部接地時，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)與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導(dǎo)體，不能是絕緣體例3將懸掛在絕緣細線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)(不與球接觸)，另有一個懸掛在細線上的帶負電的小球B向C靠近，如圖8所示，則()圖8A．A向左偏離豎直方向，B向右偏離豎直方向B．A的位置不變，B向右偏離豎直方向C．A向左偏離豎直方向，B的位置不變D．A和B的位置都不變答案B解析帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)，由于靜電感應(yīng)，空心球外殼帶正電，內(nèi)壁帶負電，因此B所在處有電場，所以B在電場力作用下向右偏而靠近C；由于空心球能屏蔽B球的電場，所以，A所在處電場強度為零，故A球不受電場力作用，位置不變．故B正確．分層提分分層提分題組A基礎(chǔ)過關(guān)練選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1．生活中為了避免火花放電的危害，會采取一些措施，下列哪些情況屬于避免火花放電()A．運油車的尾部有一條鐵鏈接觸到地面B．電子打火機點火時C．發(fā)電廠排放廢氣時先進行靜電除塵D．為了油漆較均勻采用靜電噴涂2.一金屬球，原來不帶電，現(xiàn)沿球直徑的延長線放置一均勻帶電的細桿MN，如圖所示，金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場在球內(nèi)直徑上a、b、c三點的場強大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比，則()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屬球殼的球心位置處放一正點電荷，圖中的四個圖畫出了其空間電場的電場線分布情況，符合實際情況的是()ABCD4．帶負電的空心金屬球殼置于絕緣支架上，將4個原來不帶電的金屬小球按圖示位置放置，A球用絕緣輕繩豎直懸掛，B球接地，C球用導(dǎo)線與球殼內(nèi)部相連，D球與球殼內(nèi)部接觸。設(shè)大地及無窮遠處電勢為零，當達到靜電平衡時，下列說法正確的是()A．由于靜電感應(yīng)，A球帶正電B．B球接地帶負電，但電勢為零C．C球不帶電，但電勢與球殼電勢相等D．D球不帶電，但電勢小于零5．如圖所示，在一電場強度為E的勻強電場中放有一個金屬空心導(dǎo)體，圖中a、b分別為金屬導(dǎo)體內(nèi)部與空腔中的兩點，則()A．a(chǎn)、b兩點的電場強度都為零B．a(chǎn)點的電場強度為零，b點的電場強度不為零C．a(chǎn)點的電場強度不為零，b點的電場強度為零D．a(chǎn)、b兩點的電場強度都不為零6.(多選)如圖所示，接地的金屬板右側(cè)有固定的點電荷＋Q，a、b是金屬板右側(cè)表面的兩點，其中a到＋Q的距離較小。下列說法正確的是()A．由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負電，左側(cè)表面帶正電B．由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負電，左側(cè)表面不帶電C．整個導(dǎo)體，包括表面上的a、b點，是一個等勢體，且電勢等于零D.a、b兩點的電場強度不為零，且a、b兩點場強方向相同，但a點的場強比b點的場強要強(大)一些題組B能力提升練1．某農(nóng)村小塑料場的高頻熱合機產(chǎn)生的電磁波頻率和電視信號頻率接近，由于該村尚未接通有線電視信號，空中的信號常常受到干擾，在電視熒屏上出現(xiàn)網(wǎng)狀條紋，影響正常收看。為了使電視機不受干擾，可采取的辦法是(D)A．將電視機用一金屬籠子罩起來B．將電視機用一金屬籠子罩起來，并將金屬籠子接地C．將高頻熱合機用一金屬籠子罩起來D．將高頻熱合機用一金屬籠子罩起來，并將金屬籠子接地2．一個勻強電場的電場線分布如圖甲所示，把一個空心導(dǎo)體引入到該勻強電場后的電場線分布如圖乙所示。在電場中有A、B、C、D四個點，下面說法正確的是(B)A．φA＝φB B．φB＝φCC．EA＝EB D．EB＝EC3．如圖所示是模擬避雷針作用的實驗裝置，則有關(guān)放電的論述正確的是(A)A．A放電 B．B放電C．A、B一起放電 D．A、B之間放電4．低碳環(huán)保是我們追求的生活方式。如圖所示，是一個用來研究靜電除塵的實驗裝置，處于強電場中的空氣分子會被電離為電子和正離子，將鋁板與手搖起電機的正極相連，縫被針與手搖起電機的負極相連，在鋁板和縫被針中間放置點燃的蚊香。轉(zhuǎn)動手搖起電機，蚊香產(chǎn)生的煙霧會被電極吸附，停止轉(zhuǎn)動手搖起電機，蚊香的煙霧又會被電極吸附，停止轉(zhuǎn)動手搖起電機，蚊香的煙霧又會裊裊上升。關(guān)于這個現(xiàn)象，下列說法中正確的是(BD)A．煙塵因為帶正電而被吸附到縫被針上B．同一煙塵顆粒在被吸附過程中離鋁板越近速度越大C．同一煙塵顆粒在被吸附過程中離鋁板越近速度越小D．同一煙塵顆粒在被吸附過程中如果帶電荷量不變，離鋁板越近則加速度越小5．如圖所示，四組靜電實驗中，能使左邊的驗電器的金箔張開的是(AC)題組C培優(yōu)拔尖練1．(2019·山東省濰坊市五縣(市)區(qū)高二上學(xué)期聯(lián)考)每到夏季，我國各地紛紛進入雨季，雷雨等強對流天氣頻繁發(fā)生。當我們遇到雷雨天氣時，一定要注意避防雷電。下列說法錯誤的是(C)A．不宜使用無防雷措施的電器或防雷措施不足的電器及水龍頭B．不要接觸天線、金屬門窗、建筑物外墻，遠離帶電設(shè)備C．固定電話和手提電話均可正常使用D．在曠野，應(yīng)遠離樹木和電線桿2．(2019·四川省三臺中學(xué)實驗中學(xué)高二上學(xué)期檢測)小強在加油站加油時，看到加油機上有如圖所示的圖標，關(guān)于圖標的含義，下列說法正確的是(C)A．工作人員工作時間須穿純棉服裝B．用絕緣的塑料梳子梳頭應(yīng)該沒有關(guān)系C．化纖手套與接觸物容易摩擦起電存在安全隱患D．制作這些圖標的依據(jù)是靜電屏蔽原理3．(多選)(2019·浙江魯迅中學(xué)期中考試)如圖所示，放在絕緣臺上的金屬網(wǎng)罩B內(nèi)放有一個不帶電的驗電器C，若把一帶有正電荷的絕緣體A移近金屬罩B，則(AD)A．在B的外表面出現(xiàn)感應(yīng)電荷 B．在B的內(nèi)表面出現(xiàn)正電荷C．驗電器的金屬箔片將張開 D．B的左右兩側(cè)電勢相等4．在開口的絕緣金屬殼A的內(nèi)部有一帶正電的小球Q，球殼外用絕緣線吊有一