靜電平衡的特征及應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上高中物理靜電平衡的特征及應(yīng)用1、 考點突破：知識點考綱要求題型說明靜電平衡的特征及應(yīng)用1. 理解什么是靜電平衡狀態(tài)；2. 掌握處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特點；3. 知道靜電屏蔽及其應(yīng)用。選擇題計算題本知識點屬于高考重點，常以靜電感應(yīng)為基礎(chǔ)，考查場強的疊加，重點考查處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特征。二、重難點提示： 重點： 1. 理解什么是靜電平衡狀態(tài)； 2. 掌握處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特點。難點：靜電屏蔽現(xiàn)象。1. 靜電感應(yīng)把金屬導(dǎo)體放在外電場中，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受電場力作用產(chǎn)生定向移動，使得導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量的異種電荷，這種由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在外電場力作用下重

2、新分布的現(xiàn)象叫作靜電感應(yīng)。（在靠近帶電體端感應(yīng)出異種電荷，在遠離帶電體端感應(yīng)出同種電荷）。由帶電粒子在電場中受力去分析。靜電感應(yīng)可從兩個角度來理解：根據(jù)同種電荷相排斥，異種電荷相吸引來解釋；也可以從電勢的角度來解釋，導(dǎo)體中的電子總是沿電勢高的方向移動。2. 靜電平衡（1）靜電平衡發(fā)生靜電感應(yīng)后的導(dǎo)體，兩端面出現(xiàn)等量感應(yīng)電荷，在導(dǎo)體內(nèi)部，感應(yīng)電荷產(chǎn)生一個附加電場，這個與原電場方向相反，當(dāng)增大到與原電場等大時，導(dǎo)體內(nèi)合場強為零，自由電子定向移動停止，這時的導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。注意：沒有定向移動不是說導(dǎo)體內(nèi)部的電荷不動，內(nèi)部的電子仍在做無規(guī)則的運動。（2）處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體的特點內(nèi)部場強處處

3、為零，電場線在導(dǎo)體內(nèi)部中斷。導(dǎo)體內(nèi)部的電場強度是外加電場和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場這兩種電場疊加的結(jié)果。整個導(dǎo)體是等勢體，表面是個等勢面；導(dǎo)體表面上任意兩點間電勢差為零。（因為假如導(dǎo)體中某兩點電勢不相等，則這兩點有電勢差，那么電荷就會定向運動）表面上任何一點的場強方向都跟該點表面垂直；（因為假如不是這樣，場強就有一個沿導(dǎo)體表面的分量，導(dǎo)體上的電荷就會發(fā)生定向移動，這就不是平衡狀態(tài)了）凈電荷分布在導(dǎo)體的外表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷，內(nèi)部沒有凈電荷。曲率半徑小的地方，面電荷密度大，電場強，這是避雷針的原理。3. 尖端放電（1）空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷密度大，電場很強，帶電

4、粒子在強電場作用下劇烈運動撞擊空氣分子，從而使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(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象。4. 靜電屏蔽（1）定義：把一個電學(xué)儀器放在封閉的金屬殼里，即使殼外有電場，由于殼內(nèi)場強保持為零，外電場對殼內(nèi)的儀器也不會產(chǎn)生影響的現(xiàn)象。（2）靜電屏蔽的兩種情況及本質(zhì)導(dǎo)體內(nèi)部不受外部電場的影響。接地的封閉導(dǎo)體殼內(nèi)部電場對殼外空間沒有影響。本質(zhì)：兩種情況中，屏蔽的本質(zhì)是靜電感應(yīng)，使得某一部分空間場強為零，不受電場影響。例題1 長為L的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電量為q的點電荷放在距導(dǎo)體棒左端R處

5、，如圖所示，當(dāng)導(dǎo)體棒達到靜電平衡后，棒上感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點處產(chǎn)生的場強大小等于_，方向_。思路分析：導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時，導(dǎo)體內(nèi)部合場強為零，這是點電荷+q所形成的電場與棒兩端出現(xiàn)的感應(yīng)電荷所形成的附加電場在棒中疊加的結(jié)果，即E合E1E20。因此可通過計算點電荷q產(chǎn)生的電場E1來確定感應(yīng)電荷所形成的電場E2的大小和方向。點電荷q在棒內(nèi)中點處產(chǎn)生的場強由Ek，得，方向向右，由該點合場強為零知，感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點處產(chǎn)生的場強大小為，方向向左。答案：，向左例題2 將懸掛在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，如圖所示，于是有（

6、）A. 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的位置都不變思路分析：帶正電的小球A放在不帶電的空心球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所在處場強為零，故A球不受電場力，位置不變。答案：B【方法提煉】導(dǎo)體接地問題的理解方法“等效法”對于導(dǎo)體接地問題，我們可以利用“等效法”理解，導(dǎo)體接地后，把導(dǎo)體和大地等效為一個整體，導(dǎo)體是“近端”，大地是“遠端”，“近端”感應(yīng)出異種電荷，“遠端”感應(yīng)出同種電荷，在遠端和

7、近端之間無電場。滿分訓(xùn)練：在一個導(dǎo)體球殼內(nèi)放一個電荷量為Q的點電荷，如下圖所示，用E表示球殼外任一點的場強，則（）A. 當(dāng)Q在球殼中央時，E0B. 不論Q在球殼內(nèi)何處，E一定為零C. 只有當(dāng)Q在球心且球殼接地時，E0D. 只要球殼接地，不論Q在球殼內(nèi)何處，E0思路分析：Q在球殼內(nèi)任何位置，只會影響球殼內(nèi)的負電荷分布；球殼外部帶正電荷會使外部場強不為零，所以A、B錯；而球殼接地會使外部電荷導(dǎo)入大地，所以外部場強才會為零，故C也錯，選D。答案：D（答題時間：30分鐘）1. 如圖所示，A是帶正電的球，B為不帶電的導(dǎo)體，A、B均放在絕緣支架上，M、N是導(dǎo)體B中的兩點。以無限遠處為電勢零點，當(dāng)導(dǎo)體B達到

8、靜電平衡后，說法錯誤的是（ ）A. M、N兩點電場強度大小關(guān)系為EMEN0B. M、N兩點電勢高低關(guān)系為MNC. M、N兩點電勢高低關(guān)系為MN0D. 感應(yīng)電荷在M、N兩點產(chǎn)生的電場強度EMEN2. 如圖中是一塊寬大的接地金屬板的截面。在板的右側(cè)面附近的P點有一帶+q的固定的點電荷，當(dāng)金屬板處于靜電平衡狀態(tài)時，下列說法正確的是（ ）A. 板的左側(cè)面上分布有正的感應(yīng)電荷，而右側(cè)面上分布有負的感應(yīng)電荷B. 感應(yīng)電荷在板上任何一點的電場強度方向都是由P點指向該點C. 接地線斷開后，板上各點電勢仍等于地電勢D. 板內(nèi)離P點最近的一點，合場強最大3. 如圖所示，Q帶負電荷，導(dǎo)體P在a處接地，下列說法中正確

9、的是（ ）A. 導(dǎo)體P的a端帶正電荷，b端不帶電 B. 導(dǎo)體P的a端不帶電荷，b端帶負電荷C. 導(dǎo)體P的a端帶正電荷，b端帶負電荷，且正、負電荷的電荷量相等D. 導(dǎo)體P的a端帶正電荷，b端帶負電荷，正電荷的電荷量大于負電荷的電荷量4. 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（ ）A. Ea最大 B. Eb最大 C. Ec最大 D. EaEbEc5. 如圖所示，一個不帶電的表面絕緣的導(dǎo)體P正在向帶正電的小球Q緩慢靠近，但不接觸，也沒有發(fā)生放電現(xiàn)象，則下列說法中正確的

10、是（ ）A. B端的感應(yīng)電荷為負電荷B. 導(dǎo)體內(nèi)場強越來越大C. 導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在C點產(chǎn)生的場強始終大于在B點產(chǎn)生的場強D. C、B兩點的電勢始終相同6. 已知，一個均勻帶電的球殼在殼內(nèi)任意一點產(chǎn)生的電場強度均為零，在殼外某點產(chǎn)生的電場強度等同于把殼上電量全部集中在球心處的點電荷所產(chǎn)生的電場強度，即：，式中R為球殼的半徑，r為某點到球殼球心的距離，Q為球殼所帶的電荷量，k為靜電力常量。在真空中有一半徑為R、電荷量為+Q的均勻帶電球殼，球心位置O固定，P為球殼外一點，M為球殼內(nèi)一點，如圖所示，以無窮遠為電勢零點，關(guān)于P、M兩點的電場強度和電勢，下列說法中正確的是（ ）A. 若Q不變，P點的位置

11、也不變，而令R變小，則P點的場強不變B. 若Q不變，P點的位置也不變，而令R變小，則P點的電勢升高C. 若Q不變，M點的位置也不變，而令R變?。∕點仍在殼內(nèi)），則M點的電勢升高D. 若Q不變，M點的位置也不變，而令R變?。∕點仍在殼內(nèi)），則M點的場強不變7. 如圖所示，把一個不帶電的枕型導(dǎo)體靠近帶正電的小球，由于靜電感應(yīng)，在a，b端分別出現(xiàn)負、正電荷，則以下說法正確的是（ ）A. 閉合K1，有電子從枕型導(dǎo)體流向大地B. 閉合K2，有電子從枕型導(dǎo)體流向大地C. 閉合K1，有電子從大地流向枕型導(dǎo)體D. 閉合K2，沒有電子通過K28. 如圖所示，在不帶電的半徑為R的導(dǎo)體球附近一點A處，從無限遠處移來

12、一點電荷，點電荷的電荷量為q，若A點到球面的距離為L，當(dāng)達到靜電平衡時，導(dǎo)體球上的感應(yīng)電荷在球心O處產(chǎn)生的場強的大小等于多少？其方向如何？1. C 解析：導(dǎo)體B達到靜電平衡后，內(nèi)部場強為零，所以，A正確；B達到靜電平衡后變成一個等勢體，即，B正確C錯誤；感應(yīng)電荷在MN兩點產(chǎn)生的電場強度大小等于A在MN兩點產(chǎn)生的電場強度，根據(jù)點電荷電場公式可知，距離場源電荷越近，電場強度越大，故，故D正確。2. C 解析：板中的自由電荷由于在點電荷的電場中，必會產(chǎn)生帶負電的電子向電場強度相反的方向運動的效果，從而右側(cè)面上分布有負的感應(yīng)電荷，因金屬板接地，金屬板內(nèi)正電荷沿接地導(dǎo)線導(dǎo)到地面上，故左側(cè)面上無感應(yīng)電荷，

13、故A錯誤；感應(yīng)電荷在板上任何一點的電場強度方向都是由該點指向P點的，故B錯誤；接地線斷開后，板上各點電勢仍等于地電勢，C正確；板內(nèi)電場強度處處均為零，故D錯誤。3. A 解析：金屬導(dǎo)體P接地時與大地組成一個新的導(dǎo)體，a為新導(dǎo)體靠近Q的一端，而大地是遠離Q的一端，由于靜電感應(yīng)的作用，靠近Q的一端會帶上與Q相反的電荷，即帶上正電荷，接地的過程應(yīng)是b端感應(yīng)出來的負電荷被導(dǎo)到大地上，所以b端不帶電，故A正確，BCD錯誤。4. C 解析：達到靜電平衡后，金屬球內(nèi)的合場強處處為零，金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場與帶電的細桿MN產(chǎn)生的場強大小相等，方向相反，相互抵消，c點離帶電的細桿MN最近，帶電的細桿MN

14、在c點處產(chǎn)生的場強最大，則金屬球上感應(yīng)電荷在c點處產(chǎn)生的場強最大，即Ec最大。5. CD 解析：導(dǎo)體P處在正電荷的電場中，由于靜電感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)體的右端B要感應(yīng)出正電荷，在導(dǎo)體的左端C會出現(xiàn)負電荷，故A錯誤；處于靜電平衡的導(dǎo)體內(nèi)場強為0，故B錯誤；在C點和B點的場強由導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷和帶正電的小球Q共同疊加產(chǎn)生，并且為0，帶正電的小球Q在C點的場強大于B點的場強，所以導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在C點產(chǎn)生的場強始終大于在B點產(chǎn)生的場強，故C正確；處于靜電平衡的導(dǎo)體是等勢體，C、B兩點的電勢始終相同，故D正確。6. ACD 解析：若Q不變，P點的位置也不變，屬于處于球殼外的某一點，無論球半徑怎么變小，P點的電場強度仍不變，故A正確；若Q不變，P點的位置也不變，而令R變小，由于P點的電場強度不變，所以電荷從該點移到電勢為零處，電場力做功不變，因而P點的電勢不變，故B錯誤；若Q不變，M點的位置也不變，令R變小（M點仍在殼內(nèi)），根據(jù)題意可知，M點的電場強度仍為零，因此球殼內(nèi)的電勢處處相等，由于球殼變小，導(dǎo)致電荷從球殼移到電勢為零處，電場力做功增加，所以球殼處的電勢增加，故C正確；若Q不變，M點的位置也不變，令R變?。∕點仍在殼內(nèi)），根據(jù)題意可知，M點的電場強度仍為零，故D正確。7. C