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1、7静电现象的应用知识内容静电现象的应用考试要求选考b课时要求1.了解静电平衡的概念，掌握静电平衡状态下的导体特点2 了解尖端 放电、静电屏蔽现象及其应用并会应用相关知识解释简单的现象.预习新知夯实基础预习新知夯实基础|自主预习一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布1 .静电平衡状态：导体中（包括外表上）没有电荷定向移动的状态.2 .静电平衡状态的特征：处于静电平衡状态的导体，内部的电场处处为0.处于静电平衡状态的导体，外部外表附近任何一点的场强方向必跟该点的外表垂直 处于静电平衡状态的整个导体是个等势体,导体的外表为等势面.3 .导体上电荷的分布：（1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表
2、.在导体外外表，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大,凹陷的位置几乎没 有电荷.二、尖端放电和静电屏蔽.空气的电离：导体尖端电荷密度很大,附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场 的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使分子中的正负电荷别离 的现象.1 .尖端放电：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,相当于导体从尖端失去电荷的现象.尖端放电的应用与防止：应用：避雷针是利用尖端放电防止雷击的一种设施.防止；高压设备中导体的外表尽量光滑会减少电能的损失.2 .静电屏蔽：金属壳或金属网的空腔内不受外界电场的影响，壳（
3、网）内电场强度保持为。， 外电场对壳（网）内的仪器不会产生影响，金属壳（网）的这种作用叫做静电屏蔽.静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连.D.可能会张开答案B 解析 金属球壳上的净电荷仅分布在外外表，细导线将球壳内壁与验电器连接后，验电器看 做是金属球壳的外部.考点二静电屏蔽.如下图，四组静电实验中，能使左边的验电器的金属箔片张开的是（）答案A 解析 处于静电平衡状态下的导体所带的电荷都分布在导体的外外表，故A正确，B错误； C、D选项中由于静电屏蔽的作用，验电器不受外电场的影响，故金属箔片是闭合的.A6 .如图5所示，A为空心金属球，8为金属球，A、8原
4、来不带电，将另一带正电荷的小球C 从A球开口处放入4球中央，不接触A球，然后用手接触一下人球，再用手接触一下5球, 再移走。球，贝）Ob图5A. A球带负电荷，8球带正电荷A球带负电荷，3球不带电B. A、8两球都带负电荷A、8两球都带正电荷答案B.如图6所示，空心导体上方有一靠近的带有正电的带电体.当一个重力不计的正电荷以速 度0水平飞入空心导体内时，电荷将做（） 图6A.向上偏转的类平抛运动B.向下偏转的类平抛运动C.匀速直线运动D.变速直线运动答案c解析 电荷如何运动，由电荷的受力决定，而电荷的重力不计，那么只需考虑电荷是否受电场 力.根据电场中导体的特点，即可判断.空心导体处在带正电的
5、带电体附近，根据电场中导 体的特点，空心导体起到了静电屏蔽的作用，使得内部电场场强为零，电荷不受电场力的作 用，所以做匀速直线运动，C选项正确.8 . （2019“温州十校联合体”高二上期末）在手术时，为防止麻醉剂乙醛爆炸，地砖要用导电 材料制成，医生和护士要穿由导电材料制成的鞋子和外套，一切设备要有良好的接地，这是 为了（）A.除菌消毒B.防止漏电C.利用静电D.消除静电答案D。即学即用判断以下说法的正误.处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零.（V ）处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0.（ V ）静电平衡时，导体内的自由电子处于静止状态.（X ）避雷针能防止建筑物被雷击是因为
6、云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地.（X ）（5）用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器（金属球在金属网罩外），那么验电器 箔片能张开.（X ）（6）电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内场强为 零.（J ）启迪思维探究重点|重点探究一、静电平衡状态下的导体 叵导学探究如图1所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体两 端出现等量异号电荷.请思考以下问题：图1自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？自由电子能否一直定向移动？为什么？答案（1）自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着与电场相反的方向定向移动.（2
7、）不能.感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相 等时，电子的定向移动终止.叵知识深化.处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场瓦和感应电荷产生的电场所的 合场强为0,即Eo=一E.1 .孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为。的本质是分布在导体外外表的电荷在导 体内部的合场强为0.2 .处于静电平衡的导体是等势体，外表是等势面，所以导体外表的电场线应与导体外表垂直.【例1】处于静电平衡中的导体，内部场强处处为零的原因是（）A.此时导体处于不带电的状态B.所有感应电荷在导体内部产生的合场强为零C.外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合场强为零D
8、.以上解释都不正确答案C解析 导体在电荷夕的电场中处于静电平衡状态时，在导体内部任意一点，感应电荷产生的 附加电场的场强与电荷q产生的场强大小相等，方向相反，此时导体的内部场强处处为0, 电荷只分布在导体的外表，且整个导体是一个等势体，故A、B、D错误，C正确.二、导体上电荷的分布 静电平衡时，导体上的电荷分布有: 净电荷只分布在导体外表，内部没有净电荷.感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图2甲所示.净电荷在导体外表的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示.乙乙【例2】如图3所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并接触，其结果 可能是
9、（）图3A.只有球壳外外表带正电B.球壳的内外表带负电，外外表带正电C.球壳的内、外外表都带正电D.球壳的内外表带正电，外外表带负电答案A解析 小球与球壳接触构成一个新导体，它的电荷量都分布在新导体的外外表，即只有球壳 外外表带正电，A对，B、C、D错.针对训练1如图4所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空 腔导体A以下实验方法中不能使验电器箔片张开的是（）图4A.用取电棒。（带绝缘柄的导体棒）先跟B的内壁接触一下后再跟A接触B.用取电棒C先跟5的外壁接触一下后再跟A接触C.用带绝缘皮的导线把验电器A跟取电棒。的导体局部相连，再把取电棒。与3的内壁接 触D.使验电器A靠
10、近8答案A解析 A项中取电棒先和3的内壁接触后，由于3的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验 电器箔片不张开；B项中可以使C球带电，从而使A带电；C项中用绝缘导线实际上是将验 电器A和8连成了一个导体，A因接触而带电；D项中是感应起电.应选项A不能使验电器 箔片张开.三、尖端放电静电屏蔽叵导学探究（1）避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？处于静电平衡状态的导体，其内部场强处处为零，假设导体是空心的，那么空心局部的场强怎 样？静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的？答案（1）导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作 用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞
11、“散”，也就是使分子中的正、负电荷别离.这 个现象叫做空气的电离.中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离 子.这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更 多的带电粒子.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.空心局部场强为零.静电屏蔽是利用“处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零”，即 使内部有自由电子，受到的电场力也为0,自由电子不发生定向移动.叵知识深化.静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零, 好像是金属
12、壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量 和为零.1 .静电屏蔽的两种情况导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部图示实现过程因场源电荷产生的电场与导体球壳 外表上感应电荷在空腔内的合场强 为零，到达静电平衡状态，起到屏蔽 外电场的作用当空腔外部接地时, 外外表的感应电荷因 接地将传给地球，外部电场消失，起到屏 蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体【例3】如图5所示，把原来不带电的金属壳8的外外表接地，将一带正电的小球A从小孔中 放入金
13、属壳内，但不与3发生接触，到达静电平衡状态后，那么（）图5A. 8的空腔内电场强度为零5不带电B. 8的外外表带正电8的内外表带负电答案D解析 因为金属壳的外外表接地，所以外外表无感应电荷，只有内外表有感应电荷分布，且 由于A带正电，那么B的内外表带负电，D对，B、C错；3的空腔内有带正电的小球A产生 的电场和金属壳内外表感应电荷产生的电场，由电场叠加知，电场线的方向由A指向8 所 以空腔内电场强度不为零，A错.针对训练2 （多项选择）如图6所示，放在绝缘台上的金属网罩3内放有一个不带电的验电器C, 如把一带有正电荷的绝缘体A移近金属网罩，那么（）B图6A.在8的内外表带正电荷B.在8的右侧外
14、外表带正电荷C.验电器C的金属箔片将张开D. 8的左右两侧电势相等答案BD解析静电平衡时，电荷分布于导体的外外表上，所以选项A错误；由于产生静电感应，使 8金属网罩的左侧外外表感应出负电荷，所以B的右侧外外表感应出正电荷，选项B正确； 由于静电屏蔽，金属网罩内电场强度为零，故。上无感应电荷，验电器的金属箔片不会张开, 选项C错误；由静电屏蔽特点知，导体是等势体，导体外表是等势面，所以选项D正确.|达标检测 检测评价达标过关L （静电屏蔽）请用学过的电学知识判断以下说法正确的选项是（）A.电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B.制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C.小鸟停在单根高压输电线上会被电死D.打雷时
15、，待在汽车里比待在木屋里要危险答案B解析 电工穿绝缘衣容易产生大量的静电，反而比拟危险，选项A错误；塑料油桶会因摩擦 而带电，因为塑料是绝缘材料，不能把电荷导走，所以塑料油桶内易产生火花导致塑料油桶 爆炸，选项B正确；小鸟停在单根高压输电线上时，加在小鸟两腿间的电压非常小，小鸟不 会被电死，选项C错误；打雷时，待在汽车里，汽车的金属外壳起到静电屏蔽的作用，而木 屋没有静电屏蔽作用，所以待在汽车里比待在木屋里要安全，选项D错误.应选B.2 .（静电屏蔽、静电平衡特点）（2019北仑中学高一下期末）如图7所示，在超高压带电作业中, 电工所穿的高压工作服内有编织的铜丝，这样做的目的是（）A.铜丝编织
16、的衣服不易拉破B.铜丝电阻小，对人体起到保护作用C.电工被铜丝衣服所包裹，使衣服内场强为零D.电工被铜丝衣服所包裹，使衣服内电势为零答案C 解析 电工穿的衣服包含铜丝，能起到静电屏蔽的作用，使衣服内合场强为零，故C正确.3 .（导体的电荷分布）一带有绝缘底座的空心金属球壳A带有4义10一8 c的正电荷，有绝缘柄 的金属小球3带有2X10-8 c的负电荷，使3球与球壳A内壁接触，如图8所示，那么A、B带电荷量分别为（）AA图8A. 2a= + 1X10-8C, 2b= + 1X10-8CB.(2/=+2X108C, Qb=0Qa=0, Qb=+2X10FcC. 2a=+4X10-8C, Qb=2
17、X10F c答案B解析 3与A接触后，负电荷全局部布在外外表，内壁电荷量为零，故3带电荷量为零，A带电荷量为正、负电荷中和后的电荷量，即Qa=+2.0X10-8 c,应选B.4.（静电屏蔽）如图9所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球壳3内（与内壁不接触）.外加一个水平向右的场强为E的匀强电场，对于最后的结果，以下判断 正确的选项是（）ZZZ/ZZZZZZZZ图9A. 3的右端带正电，A向左偏B的右端带正电，A向右偏B. B的左端带正电，A向右偏3的左端带负电，A不偏左也不偏右答案D 解析 导体空腔处于外电场中时，由于静电感应的作用，导体球壳的左端将感应出负电荷， 右端将感
18、应出正电荷，而导体空腔内部完全不受外加电场的影响，故A不会偏转，故A、B、 C错误，D正确.应选D.注重双基强化落实Ea = EhEt(Pa =(P(Pc课时对点练考点一静电平衡及处于静电平衡状态下导体的特点1.当导体到达静电平衡时，场强方向的特征是（）A.外电场Eo消失B.感应电荷产生的附加电场为零C.导体内部的合电场E为零D.导体外表和内部的合电场均为零答案C2 .如图1所示为一空腔球形导体（不带电），现在将一个带正电的小金属球A放入空腔中，当 静电平衡时，图中。、。、c三点的场强E和电势9的关系是（）Eq Eb Ec, 9aEa Eh = Ec， (Pci = (fib = (pcD.
19、EaE(Eb，9a答案D 解析 画出空腔导体内外的电场线分布如下图，可以看出 瓦=0,由内向外，电势依次降 低，（pa（pb（pc；由电场线疏密可看出/&瓦. Q.如图2所示，带电体。靠近一个接地空腔正方体导体，空腔里面无电荷，到达静电平衡后, 以下物理量中不等于零的是（）A.导体空腔内任意点的场强B.导体空腔内任意点的电势C.导体外外表的电荷量D.导体空腔内外表的电荷量答案C解析 静电平衡后导体空腔内任意点的场强为0;电荷分布在导体左侧外外表，空腔内外表 的电荷量为0;导体为等势体，接地后电势为0,应选C.4. （2016江苏卷）一金属容器置于绝缘板上，带电小球用绝缘细线悬挂于容器中，容器内
20、的电 场线分布如图3所示.容器内外表为等势面，4 3为容器内外表上的两点，以下说法正确的 是（）图3A. A点的电场强度比3点的大B.小球外表的电势比容器内外表的低C. B点的电场强度方向与该处内外表垂直D.将检验电荷从A点沿不同路径移到3点，电场力所做的功不同答案c解析 由电场线的疏密表示电场强度大小可知，A点的电场强度比5点的小，A项错误；沿 电场线的方向电势逐渐降低，B项错误；容器的内外表为一等势面，内外表处各点场强的方 向与等势面垂直，C项正确；容器内外表为等势面，在等势面上移动电荷，电场力不做功， D项错误.5.金属球壳（开口很小）原来带有电荷，而验电器原来不带电，如图4所示，现将金属球壳内 外表与验电器的金属小球用细导线相连，验电器的金属箔片将（）A.不会张开B. 一定会张开C.先张开，后闭合