7靜電現象的應用—2020-2021高中物理選修1學案

1、7靜電現象的應用素養(yǎng)目標定位）理解靜電平衡狀態(tài)及特點知道靜電平衡時導體上電荷的分布特點了解生活中的靜電現象及應用牙俅表利用強出血季口在出導體為零鑄伸.走面力等卻前1電憚f電幫只分布在外表面支端放電叵預可反憒至二救材錯理遂菱固本落實新知）一素養(yǎng)思維脈絡）知識點i靜電平衡狀態(tài)1 .靜電感應現象處于電場中的導體，由于電場力的作用，電荷出現重新分布的現象。2 .靜電平衡狀態(tài)導體中（包括表面上）沒有電荷定向移動的狀態(tài)。3.靜電平衡狀態(tài)的特征（1）處于靜電平衡狀態(tài)的導體，內部的場強_處處為零_。（2）處于靜電平衡狀態(tài)的導體，外部表面附近任何一點的場強方向必跟該點的表面直。（3）處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是

2、個一等勢體一導體的表面為一等勢面_。*知識點2導體上電荷的分布1 .處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部沒有電荷，電荷只分布在導體的外表面上。2 .在導體表面，越尖銳的位置，電荷的密度（單位面積的電荷量）_越太_,凹陷的位置幾乎沒有電荷。*知識點3尖端放電1 .電離在導體尖端強電場的作用下，使空氣分子中的正負電荷分離，這種現象叫做空氣的電離°2 .尖端放電由于導體尖端的電荷密度很大，其附近電場很強，使周圍中性空氣分子電離，變成帶電離子，這些帶電粒子在強電場加速下，會使更多的空氣分子電離，產生大量的帶電粒子_,與導體尖端的電荷符號相反的粒子被吸引_到尖端，跟尖端上的電荷中和,這相當于尖端失去電荷

3、，這個現象叫尖端放電。3 .應用和防止4 1)應用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設施。5 2)防止：高壓設備中導體的表面盡量光滑會減少電能的損失。*知識點4靜電屏蔽1 .定義當金屬外殼達到靜電平衡時，內部沒有電場，因而金屬的外殼會對其內部起保護作用，使它內部不受外部電場影響的現象。2 .應用電學儀器外面有金屬殼,野外高壓線上方還有兩條導線與大地相連，都是利用靜電屏蔽現象消除外電場的影響。思考辨析判一判(1)靜電平衡時，導體內的自由電子不再運動。(X)(2)靜電平衡時，導體內部場強為零。(V)(3)靜電平衡時，導體電勢為零。(x)(4)靜電平衡時，導體內部表現為電中性。電荷都分布在外表面，

4、導體內部沒有凈電荷。(v)(5)一個孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場中，處于靜電平衡狀態(tài)，不具有靜電平衡的特點。(X)選一選(多選)夏季，在雷云形成的過程中，由于摩擦起電一些云層帶正電，另一些云層帶負電，它們對大地的靜電感應使地面產生異種電荷。當云層與云層間或云層與地面間的“電勢差”達到幾萬伏以上時，空氣被擊穿，暴發(fā)電閃雷鳴。假如在戶外我們遭遇雷電，下列防雷措施可行的是(CD)A.在大樹下避雷雨B.停留在山頂、山脊的涼亭等地方避雷雨C.不要快速開摩托、快騎自行車和在雨中狂奔D.在空曠地帶，最好關掉手機電源解析：表面具有突出尖端的導體，在尖端的電荷分布密度很大，使得其周圍電場很強，就可能使其周

5、圍的空氣發(fā)生電離而引發(fā)尖端放電。因此不要在大樹下避雨；別停留在山頂、山脊的涼亭等地方；快速開摩托、快騎自行車和在雨中狂奔，身體的跨步越大，電壓就越大,雷電也越容易傷人；在空曠地帶使用手機通話，手機很有可能成為閃電的放電對象。想一想你知道家用電視機、收音機外殼的制作材料為何一般是塑料，而不用金屬的主要原因嗎？解析：若用金屬制作家用電視機、收音機外殼，用電器的金屬外殼就形成靜電屏蔽，電磁信號就難以被電視機、收音機這類電磁波接收器接收，電視機、收音機就不能正常工作。叵g苴動探究三名絡硒深究力破艇解難，一取精華）探究一對靜電平衡及其特點的理解思考討論：。S*1kaotaolun如圖所示，當一個帶電體靠

6、近不帶電導體時，由于導體內的自由電子受到靜電力的作用，將向著與電場相反的方向定向移動，從而使導體兩端出現等量異種電荷，這就是前面學習的靜電感應現象。（1）這種定向移動是無休止的嗎？（2）電荷的移動對導體內部的電場有影響嗎?（3）你能在圖中畫出等勢面嗎？提示：（1）不是（2）有（3）能（圖略）歸納總結匚:*Guinazongjie3 .靜電平衡實質（1）在達到靜電平衡的過程中，外電場引起導體內自由電荷的定向移動使導體兩側出現感應電荷，感應電荷的電場和外電場方向相反，使合場強減小，隨著感應電荷的繼續(xù)增加，合場強逐漸減小，直至合場強為零，自由電荷的定向移動停止。（2）靜電平衡的條件：導體內部的合場強

7、為零，即E合=0。導體內部場強處處為零靜電平衡狀導體表面場強垂直表面4 .:態(tài)的特點導體為等勢體，表面為等勢面孤立帶電體凈電荷只分布在外表面上5 .靜電平衡導體的電荷分布特點內外表面分布不同，電荷都分布在外表面，導體內部沒有凈電荷。感應電荷分布于導體兩端，電性相反，電量相等，遠同近異，如圖甲所示:凈電荷在導體表面分布不均勻，導體表面尖銳處電荷分布密集，平滑處電荷分布稀疏,凹陷處幾乎沒有電荷，如圖乙所示：特別提醒：（1）一個孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場中，處于靜電平衡狀態(tài)，具有靜電平衡的所有特點。（2）人與大地都是導體，在人摸（觸）導體的過程中，帶電體、人、大地組成一個新導體,達到靜電平衡

8、狀態(tài)。典例剖析ianlipouxiQ,a、b兩點是典例1（多選）如圖所示，接地的金屬板右側有固定的點電荷十金屬板右側表面上的兩點，其中a到+Q的距離較小，下列說法正確的是（BCD）A.由于靜電感應，金屬板右側表面帶負電，左側表面帶正電B.由于靜電感應，金屬板右側表面帶負電，左側表面不帶電C.整個導體，包括表面上的a、b兩點，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兩點場強方向相同解題指導：正確理解處于靜電平衡狀態(tài)的導體的特點是處理此類問題的關鍵。解析：金屬板左側接地，金屬板與地球形成了一個導體，金屬板相當于近端，而地球相當于遠端，根據感應電荷“近異遠同”的分布特點，A

9、錯，B對；由處于靜電平衡狀態(tài)導體的特點可知，a、b兩點電勢相等，接地后電勢等于零，C對；金屬板是一個等勢體，電場線垂直于金屬板表面向左，所以a、b兩點的場強方向相同，D對。對點訓練1（多選）如圖所示，在水平放置的光滑接地金屬板中點的正上方，有帶正電的點電荷Q,一表面絕緣帶正電的金屬球（可視為質點，且不影響原電場）自左以速度vo開始在金屬板上向右運動，在運動過程中（BC）©VA.小球做先減速后加速運動B.小球做勻速直線運動C.點電荷Q對小球的庫侖力不做功D.電場力對小球先做正功后做負功解析：金屬板在Q的電場中達到靜電平衡時，金屬板是一個等勢體，表面是一個等勢面，表面的電場線與表面垂直，

10、小球所受電場力與金屬板表面垂直，在金屬板上向右運動的過程中，電場力方向與位移方向垂直，對小球不做功，根據動能定理得知，小球的動能不變,速度不變，所以小球做勻速直線運動，故選BC。探究二對靜電屏蔽的理解思考討論Sikaotaolun飛機在云層與云層之間飛行或起飛、著陸時都有可能遭遇雷擊。但是當飛機遭遇雷擊時，電流可以從雷電云達到飛機頭部，縱向流過機身外殼，最后從機尾凌空打到地上或從其中一機翼打過另一機翼，橫向流過機身，但不管怎樣，閃電都只會沿著飛機外殼流過，而不會進入機內對乘客造成傷害，你知道這是為什么嗎？提示：飛機外殼是金屬材料的，它會在雷擊時形成靜電屏蔽，保護飛機內的乘客。歸納總結£

11、;：G.-Juinazongjie1 .靜電屏蔽的實質靜電屏蔽實質是利用了靜電感應現象，使金屬殼內的感應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，其實是殼內兩種電場并存,矢量和為零而已。2 .靜電屏蔽的兩種情況（1）金屬殼內部不受外部影響如圖：把驗電器靠近帶電體，箔片會張開，但如果把驗電器置于金屬網罩內，再靠近帶電體，箔片不再張開，說明網罩內不受外電場的影響。（2）接地的封閉導體殼，內部電場對外部沒有影響如一封閉的導體殼內部空間某點有一點電荷+q。由于靜電感應，導體殼內外表面感應出等量的異種電荷。其電場線如圖甲所示，當把導體殼接地后，+q在殼內的電場對

12、殼外空間就沒有影響了，如圖乙所示。特別提醒：（1）接地的空腔導體，腔外電場對腔內空間不產生影響，腔內電場對腔外空間也不產生影響，即內外互不影響。（2）空腔導體不接地，腔外電場對腔內空間不產生影響，腔內電場對腔外空間產生影響。典例剖析Dianlipouxi典例2（多選）下圖中P是一個帶電體，N是一個不帶電的金屬空腔，在哪些情況下，放在絕緣板上的小紙屑（圖中S）不會被吸引（AD）解題指導：不接地的空腔物體可以屏蔽外界電場，接地的空腔物體可以屏蔽內部的電場,其本質都是由于外界電場與感應電場疊加的結果，分析中應特別注意分清原電荷產生的電場、感應電場以及疊加后的合電場。解析：小紙屑是絕緣體，當處于電場中

13、時，雖不會像導體一樣出現電荷的定向移動，但內部的極性分子也會在電場力的作用下移動，使異種電荷一端更靠近施感電荷，因而也會受到施感電荷的吸引力。A中由于靜電屏蔽，P的電場影響不到導體N的內部，即N內部無電場，所以S不會被吸引，A正確。B中N沒有接地，P的電場會影響到N的外部，即S處有電場，S會被吸引。C中P和S都處于導體N的外部，S處有電場，會被吸引。D中N被接地，內部電場不影響導體外部，即S處無電場，不會被吸引，D正確。對點訓練2（多選）如圖所示，電力工作人員在幾百萬伏的高壓線上進行帶電作業(yè),電工全身穿戴帶電作業(yè)用的屏蔽服，屏蔽服是用導電金屬材料與紡織纖維混紡交織成布后再做成的服裝，下列說法正

14、確的是（BC）A.采用金屬材料編織的衣服目的是使衣服不易拉破B.采用金屬材料編織的衣服目的是利用靜電屏蔽C.電工穿上屏蔽服后，體內場強為零D.電工穿上屏蔽服后，體內電勢為零解析：屏蔽服的作用是在穿用后，使處于高壓電場中的人體外表面各部位形成一個等勢屏蔽面，從而防護人體免受高壓電場及電磁波的危害；等勢面說明電勢相等而不是等于0,而電場中的導體內的電場強度為0,所以BC正確，AD錯誤。核心素養(yǎng)提升二擂型構建以題說法啟智培優(yōu)3靜電的應用與防止（1）應用：靜電應用依據的物理原理幾乎都是讓帶電的物質粒子在電場力的作用下，奔向并吸附到電極上。（2）危害：靜電由于吸附塵埃會給印刷、合成纖維等工業(yè)生產帶來危害

15、。靜電對高精密儀器有干擾甚至毀壞作用。靜電的最大危害是有可能因靜電火花點燃某些易燃物質而引起爆炸。（3）防止：最簡單而又最可靠的辦法是用導線把設備接地，這樣可以把電荷引入大地，避免靜電積累。油罐車尾部拖的鐵鏈就是一根接地線。調節(jié)空氣的濕度也是防止靜電危害的有效方法。*案例（多選）（2019浙江省杭州市高二上學期期末）關于靜電現象的防止與應用，下列說法中正確的是（ABD）A.在自助加油站給汽車加油時，應禁止梳頭或穿脫衣服B.高壓輸電線上方的兩條導線與大地相連，可以把高壓輸電線屏蔽起來，免遭雷擊C.處于靜電平衡狀態(tài)的導體上的感應電荷在其內部形成的電場強度為零D.避雷針的作用是通過尖端放電，中和大氣

16、中的電荷，降低云層與大地的電勢差解析：在自助加油站給汽車加油時，應禁止梳頭或穿脫衣服，避免梳頭或穿脫衣服產生的靜電火花，引起火災，故A正確；高壓輸電線上方的兩條導線與大地相連，起到屏蔽作用，避免輸電線路雷擊事故的發(fā)生，故B正確；處于靜電平衡狀態(tài)的導體上的感應電荷在其內部形成的電場與原電場的電場大小相等，方向相反，不等于零，故C錯誤；雷電是云層與大地之間或云層之間的放電現象，避雷針的作用是通過尖端放電，中和大氣中的電荷,降低云層與大地的電勢差，故D正確。課內隨堂達標沙場點兵名校真題塞效檢測4)1. （2019山東省濰坊市五縣（市）區(qū)高二上學期聯(lián)考）每到夏季，我國各地紛紛進入雨季，雷雨等強對流天氣

17、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，遠離帶電設備C.固定電話和手提電話均可正常使用D.在曠野，應遠離樹木和電線桿解析：表面具有突出尖端的導體，在尖端處的電荷分布密度很大，使得其周圍電場很強，就可能使其周圍的空氣發(fā)生電離而引發(fā)尖端放電。固定電話和手提電話的天線處有尖端，易引發(fā)尖端放電造成人體傷害，故不能使用。2. （2019四川省三臺中學實驗中學高二上學期檢測）小強在加油站加油時，看到加油機上有如圖所示的圖標，關于圖標的含義，下列說法正確的是（C）A.工作人員工作

18、時間須穿純棉服裝B.用絕緣的塑料梳子梳頭應該沒有關系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是靜電屏蔽原理解析：加油站中由于靜電會引起汽油的燃燒發(fā)生危險，故應避免一些引起靜電的行為。工作人員在工作時應避免產生靜電，可以穿純棉衣服，但不是必需的；故A錯誤；用塑料梳子梳頭時會產生靜電，會引起靜電，故B錯誤；化纖手套與接觸物容易摩擦起電，故會引起靜電，從而引起油料燃燒的危險；故C正確；這些圖標都是為了減少靜電的產生；不是靜電屏蔽；故D錯誤。3.（多選）（2019浙江魯迅中學期中考試）如圖所示，放在絕緣臺上的金屬網罩B內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

19、金屬罩B,則（AD）A.在B的外表面出現感應電荷B.在B的內表面出現正電荷C.驗電器的金屬箔片將張開D.B的左右兩側電勢相等解析：靜電平衡時，B的左端出現負電荷，右端出現正電荷，選項A正確；處于靜電平衡狀態(tài)的導體凈電荷只能分布在外表面上，選項B錯誤；由于靜電屏蔽，金屬網罩內電場強度為零，故C上無感應電荷，驗電器的金屬箔片不會張開，選項C錯誤；由靜電屏蔽特點知，導體是等勢體，導體表面是等勢面，所以選項D正確。叵課時作業(yè)KE-HOU"KE-SHI.ZUO-YE5'）練案7基礎夯實W一、選擇題（14題為單選題，5、6題為多選題）1 .靜電噴涂利用了電荷之間的相互作用，其噴涂原理如圖

20、所示，則下列說法正確的是（A）A.涂料微粒一定帶正電B.涂料微粒一定帶負電C.涂料微?？赡軒д姡部赡軒ж撾奃.噴嘴與工件之間的電場為勻強電場解析：根據電荷間的相互作用特點結合題目中現象圖分析。靜電噴涂的原理就是讓帶電的涂料微粒在強電場的作用下被吸附到工件上，而達到噴涂的目的，噴嘴與工件之間的電場是非勻強電場，選項D錯誤；由題圖知，待噴涂工件帶負電，所以涂料微料應帶正電，選項A正確，B、C錯誤。2 .具有一定厚度的空心金屬球殼的球心位置處放一正電荷，下列四幅圖畫出了其空間電場的電場線情況，符合實際情況的是（D）ABC解析：球殼處于正電荷的電場中，達到靜電平衡，球殼為等勢體，球殼的內外表面之間

21、的導體內部場強處處為零，故D選項正確。3 .在點電荷一Q的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓平面與點電荷在同一平面內，則盤上感應電荷在盤中P點所激發(fā)的附加場強E'的方向在圖中正確的是（A）ADCD解析：由于金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，金屬圓盤內各點合場強為零，所以感應電荷的場強與點電荷的場強等大反向。又因為點電荷的電場沿P點與點電荷的連線指向點電荷，所以感應電荷產生的電場方向沿P點與點電荷的連線向外。選項A正確。4 .一個帶有絕緣底座的空心金屬球殼A上均勻帶有4XI。-8C的正電荷，有絕緣柄的金屬小球B上帶有2X10-8C的負電荷，使B球與球殼A內壁接觸。如圖所示，則A、B帶電荷量

22、分別為（B）A. Qa=1X108C,Qb=1X108CB. Qa=2X108C,Qb=0C. Qa=0,Qb=2X108CD. Qa=4X108C,Qb=2X108C解析：由于A、B帶異種電荷，接觸以后，要先中和掉一部分電荷，中和以后可以把A、B看作一個整體，對于這個整體來說，由于靜電平衡它的內壁和B球將無凈電荷的分布。所以Qa=2X108C,Qb=0。5 .如圖所示，用起電機使金屬鳥籠帶電，站在金屬架上的鳥安然無恙，且不帶電，其原因是（BC）A.鳥的腳爪與金屬架絕緣B.鳥與籠電勢相同，無電勢差C.鳥籠內部場強為零，電荷分布在籠的外表面D.起電機使籠帶電，籠的電勢不會很高解析：由于金屬鳥籠的

23、靜電屏蔽作用，使得鳥籠內部場強為零，電荷分布在籠的外表面，C正確；處于靜電平衡狀態(tài)的鳥籠是一個等勢體，其上各點電勢都相等，故B正確；鳥的腳爪與金屬架不是絕緣的，A錯誤；起電機使鳥籠帶電，電勢可以達到很高，D錯誤。6 .隨著人們生活水平的提高，各種家用電器日益走入我們的居家生活，而家用電器所產生的靜電荷會被人體吸收并積存起來，加之居室內墻壁和地板多屬絕緣體，空氣干燥，因此更容易受到靜電干擾。由于老年人的皮膚相對年輕人干燥以及老年人心血管系統(tǒng)的老化、抗干擾能力減弱等因素，因此老年人更容易受靜電的影響。心血管系統(tǒng)本來就有各種病變的老年人，靜電更會使病情加重。過高的靜電還常常使人焦躁不安、頭痛、胸悶、

24、呼吸困難、咳嗽。我們平時生活中就應當采取措施，有效防止靜電，下列可行的是(ABD)A.室內要勤拖地、勤灑些水B.要勤洗澡、勤換衣服C.選擇柔軟、光滑的化纖類衣物D.盡量避免使用化纖地毯和塑料為表面材料的家具解析：室內要保持一定的濕度，室內要勤拖地、勤灑些水；要勤洗澡、勤換衣服，以消除人體表面積聚的靜電荷。對于老年人，應選擇柔軟、光滑的棉紡織衣物，盡量不穿化纖類衣物，以使靜電的危害減少到最低限度；盡量避免使用化纖地毯和以塑料為表面材料的家具，以防止摩擦起電。二、非選擇題7 .如圖所示，一導體AB放在一負電荷的電場中，導體AB與大地是絕緣的，當導體處于靜電平衡時，(1)比較A端和B端電勢的高低。(

25、2)比較A點和B點場強大小。(3)比較A、B端外表面場強大小。(4)若A端接地，AB導體帶什么電？(5)若把A端和B端用導線連接，A、B端電荷中和嗎？答案：(1)AB導體處于靜電平衡狀態(tài)，是等勢體，M=旭。(2)A點和B點場強均為零，Ea=Eb=0。(3)利用電場線分布可知A端分布密，E'a>E，bo(4)AB導體處于負電荷的電場中，其電勢低于大地的零電勢，負電荷要從AB流向大地,則導體帶正電，與A、B哪端接地無關。(5)A端和B端等勢，電荷不沿導體移動，電荷不會中和。能力提升一、選擇題(13題為單選題，4、5題為多選題)1 .某農村小塑料場的高頻熱合機產生的電磁波頻率和電視信號

26、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，在電視熒屏上出現網狀條紋，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，并將金屬籠子接地解析：為了使電視機能接收電磁波信號，但又不接收高頻熱合機產生的電磁波，應將高頻熱合機產生的電磁波信號屏蔽，而接地金屬籠子具有屏蔽內電場的作用，故選項D正確。2 .一個勻強電場的電場線分布如圖甲所示，把一個空心導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

27、說法正確的是（B）A.（a=（bB.（b=（j）cC.Ea=EbD.Eb=Ec解析：由于空心導體為等勢體，所以如=（jc,選項A錯B對；由于A、B、C三處的電場線的疏密程度不同，所以電場強度也不相同，選項C、D錯。B.B放電3.如圖所示是模擬避雷針作用的實驗裝置，則有關放電的論述正確的是（A）A.A放電C.A、B一起放電D.A、B之間放電解析：由題圖知，A為尖頭、B為圓頭。當金屬板M、N接在高壓電源上時，因末端越尖越容易放電，故A容易放電，選項A正確。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。轉動手搖起電機，蚊香產生的煙霧會被電極吸附，停止轉動手搖起電機，蚊香的煙霧又會被電極吸附，停止轉動手搖起電機，蚊香的煙霧又會裊裊上升。關于這個現象，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解析：中性空氣分子在強