新教材人教版高中物理必修第三冊 9.4　靜電的防止與利用（導學案 解析版）

1、精品文檔 精心整理精品文檔 可編輯的精品文檔9-4靜電的防止與利用一、學習目標1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，知道處于靜電平衡的導體的特性.2. 了解靜電平衡時帶電導體上電荷的分布特點，了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其成因.3.了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復印的工作原理二、學習過程【問題探究】如圖所示，不帶電的金屬導體放到電場中，導體內的自由電子將發(fā)生定向移動，使導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷。請思考下列問題：(1)自由電子定向移動的原因是什么？定向移動的方向又如何？(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，向著與電場相反的方向定向移動。(2)不能。感應電

2、荷產生的電場與外加電場反向，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?！局R點1】靜電平衡1靜電平衡：導體內的自由電子不再發(fā)生定向移動的狀態(tài)2處于靜電平衡狀態(tài)的導體，其內部的電場強度處處為0.3導體上電荷的分布：(1)靜電平衡時，導體內部沒有凈剩電荷，電荷只分布在導體的外表面(2)在導體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷例題1、如圖所示，把一個架在絕緣支架上的枕形導體放在正點電荷形成的電場中，導體處于靜電平衡狀態(tài)。下列說法正確的是（）A導體內部A點的電場強度大于B點的電場強度B感應電荷在A、B兩點產生的附加電場強度EA=EBC

3、感應電荷在A、B兩點產生的附加電場強度EAEBD當開關S閉合時，電子從大地沿導線向導體移動【答案】D【詳解】A枕形導體在正點電荷附近，出現(xiàn)靜電感應現(xiàn)象，導致電荷重新分布，因此在枕形導體內部出現(xiàn)感應電荷的電場與點電荷的電場疊加，靜電平衡時，導體內部電場強度處處為零，A錯誤；BC導體內部的電場強度處處為零，所以感應電荷產生的附加電場強度的大小與點電荷產生的電場強度的大小相等，方向相反，故EAEB，故BC錯誤；D當開關S閉合時，電子從大地沿導線向導體移動，中和導體B端多余的正電荷，D正確；題2、如圖所示，在一個半徑為R的均勻金屬球殼左側M點放置一個帶電量為-q的點電荷，O點為球殼的球心，已知M、O、

4、N三點在一條直線上，。靜電力常量為K，球殼上感應電荷在N點產生的電場強度大小為（）ABCD【答案】A【詳解】根據(jù)點電荷電場強度公式EM=kq2.5R2=4kq25R2方向由N指向O；由于靜電平衡，球殼為等勢體，球殼內部N點的電場強度為零，M處點電荷在N點產生的電場強度與球殼上感應電荷在N點產生的電場強度大小相等、方向相反，所以球殼上感應電荷在N點產生的電場強度大小E感=EM=4kq25R2方向由O指向N。跟蹤訓練：如圖所示的A、B、C、D四組靜電實驗中，能使左邊的驗電器的金箔張開的是_組和_組（A、B兩組實驗中小球的手柄均為絕緣手柄，D組實驗中虛線框表示金屬網(wǎng)罩）。A B C D【答案】A C

5、 【詳解】12AB處于靜電平衡狀態(tài)下的導體所帶的電荷都分布在導體的外表面，故A能使驗電器帶電，B不能使驗電器帶電；C將驗電器與帶電物體用導線連接，二者組成新的導體，導致電荷在新的導體表面重新分布，所以可以使驗電器帶電，故C能使驗電器帶電；D由于靜電屏蔽的作用，驗電器不受外電場的影響，故金屬箔是閉合的，D不能使驗電器帶電。【問題探究】避雷針是利用尖端放電保護建筑物的一種設施，其原理是什么？靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？【答案】當帶電的雷雨云接近建筑物時，由于靜電感應，金屬棒出現(xiàn)與云層相反的電荷通過尖端放電，這些電荷不斷向大氣釋放，中和空氣中的電荷，使建筑物避免雷擊處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部電場強

6、度處處為零，即使導體殼外有電場，由于殼內電場強度保持為0，外電場對殼內的物體不會產生影響【知識點2】尖端放電 靜電屏蔽1空氣的電離：在一定條件下，導體尖端電荷密度很大，導體尖端周圍的強電場使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運動，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負電荷分離的現(xiàn)象2尖端放電：所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引，而與尖端上的電荷中和，相當于導體從尖端失去電荷的現(xiàn)象3尖端放電的應用與防止：(1)應用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設施(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4靜電屏蔽：靜電平衡時，空腔導體內表面沒有電荷，導體殼內空腔里的電場強度處處為

7、0.外電場對殼(網(wǎng))內的儀器不會產生影響，金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽5靜電屏蔽的應用：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例題3、以下幾個生活中的物理現(xiàn)象，涉及的物理原理與其他三個不同的是（）A夜間高壓線周圍有時會出現(xiàn)一層綠色光暈B優(yōu)質的話筒線在信號傳輸線外又多包了一層金屬網(wǎng)C超高壓帶電作業(yè)的工人穿戴的工作服包含金屬絲織物D精密的電子儀器放在封閉的金屬殼里就不受外界電場的影響【答案】A【詳解】夜間高壓線周圍有時會出現(xiàn)一層綠色光暈，由于電壓高，是一種微弱的尖端放電現(xiàn)象；優(yōu)質的話筒線在信號傳輸線外又多包了一層金屬網(wǎng)；超高壓帶電作業(yè)的工人穿戴的工作服包含金屬絲織物；精密的電子

8、儀器放在封閉的金屬殼里就不受外界電場的影響；均是屬于靜電屏蔽作用。所以A選項涉及的物理原理與其他三個不同。例題4、（多選）如圖所示，陰影部分表示導體，在各圖中，P點的電場強度為零的是（）ABCD【答案】ABC【詳解】A由靜電屏蔽理論可知A項正確；B把導體環(huán)的右側接地后，右側無感應電荷，但不會影響導體環(huán)對內部的屏蔽作用，B項正確；C場源電荷在導體環(huán)的內部，靜電感應使導體環(huán)的內壁帶負電，外壁帶正電，且導體的電勢比大地的電勢要高，因為它處在正點電荷的電場中，當導體環(huán)接地后，它外壁感應出的正電荷將全部被大地上的電子中和，使外壁不帶電，所以P點的電場強度也為零，故C正確；D通過對C項的分析可知，D項中的

9、導體環(huán)外壁將帶正電，導體環(huán)將有電場存在，所以D錯誤。 跟蹤訓練：2018年我國的1100千伏特高壓帶電作業(yè)關鍵技術填補世界空白。超高壓帶電作業(yè)的電工穿戴的工作服是用包含銅絲的織物制成的，下列說法正確的是（）A銅絲電阻小，能對人體起到保護作用B電工被銅絲紡織的衣服所包裹，使體內電勢保持為零，對人體起保護作用C電工被銅絲紡織的衣服所包裹，使體內電場強度保持為零，對人體起保護作用D銅絲必須達到一定的厚度，才能對人體起到保護作用【答案】C【詳解】屏蔽服作用是在穿用后，使處于高壓電場中的人體外表面各部位形成一個等電位屏蔽面，從而防護人體免受高壓電場及電磁波的危害。等電位說明電勢相等而不是等于0，等電勢時

10、電勢差為0，電場強度為0。所以C正確，ABD錯誤；【問題探究】舉出兩個利用靜電的實例?！敬鸢浮快o電除塵；靜電復??；靜電噴漆靜電現(xiàn)象在技術中有很多應用，如：靜電除塵利用了靜電吸附作用工作的；靜電復印、靜電噴漆是利用靜電吸附作用工作的?！局R點3】 靜電吸附1靜電吸附：在電場中，帶電粒子在靜電力作用下，向著電極運動，最后被吸附在電極上的現(xiàn)象2靜電除塵：當空氣中的塵埃帶電時，在靜電力作用下，塵埃到達電極而被收集起來的過程3靜電噴漆：接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為正極的工件運動，并沉積在工件表面4靜電復?。簭陀C應用了靜電吸附的原理，復印機的有機光導體鼓表面

11、涂覆有機光導體(OPC)，無光照時，OPC是絕緣體，受光照時變成導體例題5、疫情以來，我們上學每天戴口罩。口罩中間層的熔噴布是一種用絕緣材料做成的帶有靜電的超細纖維布，它能阻隔幾微米的病毒，這種靜電的阻隔作用屬于（）A靜電屏蔽B尖端放電C靜電感應和靜電屏蔽D靜電感應和靜電吸附【答案】D【詳解】由題意知，口罩中間層的熔噴布是一種用絕緣材料做成的帶有靜電的超細纖維布，所以當幾微米的病毒靠近時，由于靜電感應而帶電，從而被熔噴布吸附，無法透過，因此可以吸附以氣溶膠形式存在的病毒，其工作原理時利用了靜電感應和靜電吸附，故選D。例題6、以煤作燃料的工廠、電站，每天排出的煙氣帶走大量的煤粉，不僅浪費燃料，而

12、且嚴重地污染環(huán)境，利用靜電除塵可以消除煙氣中的煤粉圖為靜電除塵的原理示意圖，除塵器由金屬管A和懸掛在管中的金屬絲B組成，A和B分別接到高壓電源的兩極，它們之間有很強的電場，而且距離B越近電場強度越大，B附近的空氣中的氣體分子被強電場電離成為電子和正離子正離子被吸引到B上，得到電子，又成為分子，電子在向正極運動的過程中，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負電，吸附到正極上，最后在重力作用下，落入下面的漏斗中，從而除去了煤粉等有害粒子若某一大型火力發(fā)電廠的煙囪高20 m、直徑4 m，問：（1）為了除去煙氣中的煤粉，A、B分別應該接在高壓電源的哪一極？（2）設這一靜電除塵器的吸附能力為，則在一天中能回收多少

13、煤粉？【答案】（1）A接高壓電源的正極，B接高壓電源的負極 （2）86815 kg【詳解】（1）電極AB間接高電壓后，之間產生了很強的電場，氣體分子被電離成為電子和正離子，電子較輕，容易被粉塵吸附，故粉塵帶負電，只有A極帶正電，才能被正極A吸引,從而達到除塵的目的，所以A接高壓電源的正極，B接高壓電源的負極。（2）設一天回收煤粉的質量為m，管內表面積S=2rLm=DSt代入數(shù)據(jù)得m=86815 kg 9-4靜電的防止與利用 作業(yè)班級： 學號： 姓名： 一、選擇題1下列說法正確的是（）A要實現(xiàn)靜電屏蔽必須用密封的金屬容器B靜電平衡時，導體外表面越尖銳的位置電荷的密度越小C處于靜電平衡狀態(tài)的導體，

14、其內部的電場強度處處為0D處于靜電平衡狀態(tài)的導體，其感應電荷產生的電場強度處處為0【答案】C【詳解】A要實現(xiàn)靜電屏蔽必須用金屬容器，但是不一定是密封的，金屬導體和金屬網(wǎng)都能實現(xiàn)靜電屏蔽，選項A錯誤；B靜電平衡時，導體外表面越尖銳的位置電荷的密度越大，選項B錯誤；CD處于靜電平衡狀態(tài)的導體，其內部的電場強度處處為0，其感應電荷產生的電場強度與外界電場等大反向，合場強處處為0，選項C正確，D錯誤；故選C。2如圖所示，用絕緣柱支持的不帶電的枕形導體A放置在水平桌面上，手握絕緣棒把帶正電荷的帶電體B移近導體A左側后靜止放置。關于導體A內部某點P的電場強度，下列說法正確的是（ ）A大小不為零，方向向右B

15、大小不為零，方向向左C大小為零D無法判斷【答案】C【詳解】當把帶正電荷的帶電體B移近導體A左側后，由靜電感應A的左端感應帶上負電荷、右端感應帶上正電荷，則在P處的場強向左、B在P處產生的場強向右，當達到靜電平衡后二者等大反向，則P處的場強為0。故選C。3下列生活情境中，利用靜電屏蔽原理的是（）A雷雨天，武當山金殿的屋頂常出現(xiàn)“雷火煉殿” 的奇觀B 燃氣灶上電子點火器的針頭電極C 超高壓帶電作業(yè)所穿衣服的織物中摻入了金屬絲D 靜電復印機【答案】C【詳解】ABD都是利用了靜電，ABD錯誤；C超高壓帶電作業(yè)所穿衣服的織物中摻入了金屬絲，可以起到靜電屏蔽的作用，使輸電線周圍的電場被工作服屏蔽起來，C正

16、確。故選C。4野外高壓輸電線受到雷擊的可能性很大，所以在三條輸電線上方還有兩條導線，它們與大地相連，形成一個稀疏的金屬“網(wǎng)”，這個稀疏的金屬“網(wǎng)”所起的作用是（）A防止輸電線脫落B增加輸電線的強度C把高壓線屏蔽起來，使其免遭雷擊D防止輸電線漏電【答案】C【詳解】外高壓輸電線在三條輸電線的上方還有兩條導線，它們與大地相連，形成一個稀疏的金屬“網(wǎng)”，起到靜電屏蔽的作用；把高壓線屏蔽起來，免遭雷擊。故選C。5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，當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

17、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，蚊香的煙霧又會裊裊上升。關于這個現(xiàn)象，下列說法中正確的是（）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大【答案】B【詳解】ABC中性空氣分子在強電場中被電離成電子和帶正電的離子，煙塵顆粒吸附電子后帶上負電，在電場力作用下向鋁板做加速運動，故AC錯誤；B正確；D因鋁板與縫被針間的電場線形狀相當于橫向放置的錐形體，離鋁板越近，電場線越稀疏，電場強度越小，煙塵顆粒受電場

18、力越小，加速度越小，故D錯誤。故選B。6如圖所示，在一個導體球殼內放一個電荷量為+Q的點電荷，用表示球殼外任一點的場強，下列說法正確的是（）A當開關S斷開，+Q在殼內任意一點，均為0B當開關S斷開，+Q在殼內的中點，為0C當開關S閉合，+Q在殼內任意一點，均為0D當開關S閉合，只有當+Q在殼內中點時，為0【答案】C【詳解】AB當開關S斷開，不論+Q在殼內何處，由于靜電感應，球殼內外表面出現(xiàn)等量異種電荷，內表面出現(xiàn)負電荷，外表面出現(xiàn)正電荷，外表面的正電荷在空間產生場強，都不為0，故AB錯誤；CD當開關S閉合，球殼上的電荷被導入地下，這時不論+Q放在何處，均為0，故C正確，D錯誤。故選C。7如圖所

19、示，為了研究靜電屏蔽效果，某同學將可視為正點電荷的帶電體置于封閉金屬空腔的外部或內部，其中Q、N的金屬空腔和大地相接，P、M的金屬空腔與外界絕緣。規(guī)定大地的電勢為零，下列關于各點場強和電勢高低的說法，正確的是（）AP金屬空腔內的場強等于零，電勢大于零BQ金屬空腔內的場強等于零，電勢大于零CM金屬空腔內任一點場強不為零，電勢大于零DN金屬空腔內壁上任意一點的場強為零【答案】AC【詳解】A根據(jù)靜電屏蔽的性質，P空腔內的電場為0，又因為P與大地絕緣，因此電勢不為0。P旁邊為正電荷，因此P的電勢大于0，A正確；B同理，Q內部的電場為0，由于Q與大地相連，規(guī)定大地電勢為0，因此Q的電勢也為0，B錯誤；C

20、正電荷在M內，因此M內電場不為0，M與大地絕緣，因此電勢不為0，M內為正電荷，因此M電勢大于0，C正確；D處在電場中的金屬是等勢體，其內部電場強度為0，因此本題中金屬殼內部電場為0，D中說的是內壁，不屬于金屬內部，因此電場不為0，D錯誤。故選AC。8如圖所示，在火箭發(fā)射塔周圍有鋼鐵制成的四座高塔，高塔的功能最有可能的是（）A探測發(fā)射臺周圍風力的大小B發(fā)射與航天器聯(lián)系的電磁波C預防雷電擊中待發(fā)射的火箭D測量火箭發(fā)射過程的速度和加速度【答案】C【詳解】在火箭發(fā)射塔周圍有鋼鐵制成的四座高塔，因鐵制的高塔有避雷作用，其功能是預防雷電擊中發(fā)射的火箭。故選C。9如圖，在真空中把一不帶電的絕緣導體AB向帶負

21、電的小球P緩慢地靠近（不接觸）過程中，下列說法正確的是（）A導體A端將感應出負電荷B導體內部電場強度越來越大C導體兩端帶上異種電荷，說明靜電感應在導體上創(chuàng)造了電荷D導體的感應電荷在M點產生的電場強度大于在N點產生的電場強度【答案】D【詳解】A因為P帶負電，則導體A端將感應出正電荷，選項A錯誤；B導體處于靜電平衡時，內部電場強度均為零，選項B錯誤；C導體兩端帶上異種電荷，只是電荷的轉移，不是靜電感應在導體上創(chuàng)造了電荷，選項C錯誤；D因MN兩點的合場強為零，而MN兩點的場強均等于P在該點的場強與感應電荷的場強的和，因P在M點的場強大于N點的場強，則導體的感應電荷在M點產生的電場強度大于在N點產生的

22、電場強度，選項D正確。故選D。10如圖所示，將懸掛在細線上的帶負電的小球A放在不帶電的金屬空心球殼C內（不和球壁接觸），另有一懸掛在細線上的帶負電的小球B向C靠近，則（ ）AA往左偏離豎直方向，B往右偏離豎直方向BA往左偏離豎直方向，B的位置不變CA的位置不變，B往左偏離豎直方向DA和B的位置不變【答案】C【詳解】A在空心金屬球內由于靜電感應使得C外表面帶負電，BC相互排斥，所以B向左偏離，而金屬空心球可以屏蔽外部電場，所以B的電荷對金屬空心球C的內部無影響，所以A位置不變。B靠近C時改變的是B表面的電荷分布，但對于C內部空間的電場可認為沒有影響，這也就是平時所說的靜電屏蔽。故選C。11如圖，靜電除塵器由金屬管