1.7 靜電現(xiàn)象的應用（教師版）

學而優(yōu)教有方第7課靜電現(xiàn)象的應用目標目標導航學習目標1.了解靜電平衡的概念，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。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)下導體的電場1．靜電平衡狀態(tài)：導體內的自由電子不再發(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)的導體，內部的電場處處為零．(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垂直．(3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是個等勢體，導體的表面為等勢面．知識點02導體上電荷的分布1．導體內部沒有電荷，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．知識點04靜電屏蔽1．靜電屏蔽金屬殼(網(wǎng))內電場強度保持為0，外電場對殼(網(wǎng))內的儀器不會產(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．【知識拓展】一、靜電平衡狀態(tài)下的導體如圖1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)的導體內部場強為零的本質是外電場E0和感應電荷產(chǎn)生的電場E′的合場強為0，即E0＝－E′.2．孤立的帶電導體處于靜電平衡狀態(tài)，內部場強為0的本質是分布在導體外表面的電荷在導體內部的合場強為0.3．處于靜電平衡狀態(tài)的導體是等勢體，表面是等勢面，所以導體表面的電場線應與導體表面垂直．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)的導體的感應電荷產(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，求出感應電場E感的大小和方向.針對訓練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，金屬球上感應電荷產(chǎn)生的電場在球內直徑上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答案C解析處于靜電平衡的導體內部場強處處為零，故a、b、c三點的合場強都為零，靜電平衡的導體內部場強為零是感應電荷產(chǎn)生的電場與外電場疊加的結果，所以感應電荷在球內某點產(chǎn)生的電場的場強與MN在這一點形成的電場的場強等大反向，比較a、b、c三點感應電場的場強，實質上是比較帶電體MN的電場在這三點的場強，由于c點離MN最近，故MN的電場在c點的場強最大，感應電荷電場在c點的場強也最大，故選項C正確．二、導體上電荷的分布靜電平衡時，導體上的電荷分布規(guī)律1．凈電荷只分布在導體表面，內部沒有凈電荷．2．感應電荷分布于導體兩端，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(帶絕緣柄的導體棒)先跟B的內壁接觸一下后再跟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．用帶絕緣外皮的導線把驗電器A跟取電棒C的導體部分相連，再把取電棒C與B的內壁接觸D．使驗電器A靠近B答案BCD解析A項中取電棒先和B的內壁接觸后，由于B的內壁本身沒有電荷，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線實際上是將驗電器A和C連成了一個導體，A因接觸而帶電；D項中是感應起電．所以B、C、D項正確．針對訓練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并接觸，其結果可能是()圖6A．只有球殼外表面帶正電B．球殼的內表面帶負電，外表面帶正電C．球殼的內、外表面都帶正電D．球殼的內表面帶正電，外表面帶負電答案A解析小球與球殼接觸構成一個新導體，它的電荷量都分布在新導體的外表面，即只有球殼外表面帶正電，A對，B、C、D錯．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)罩不接地時內部帶電體能影響外界；金屬網(wǎng)罩接地時，內部帶電體不影響外界．1．靜電屏蔽的實質靜電屏蔽的實質是利用了靜電感應現(xiàn)象，使金屬殼內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，矢量和為零．2．靜電屏蔽的兩種情況導體外部電場不影響導體內部接地導體內部的電場不影響導體外部圖示實現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導體球殼表面上感應電荷在空腔內的合場強為零，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，外表面的感應電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內電場的作用最終結論導體內空腔不受外界電荷影響接地導體空腔外部不受內部電荷影響本質靜電感應與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導體，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(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，由于靜電感應，空心球外殼帶正電，內壁帶負電，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基礎過關練選擇題(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A[油罐車上的搭地鐵鏈是為了把產(chǎn)生的靜電導走，避免火花放電造成的危害，故A正確；電子打火機點火時，發(fā)電廠排放廢氣時先進行靜電除塵以及為了油漆較均勻采用靜電噴涂，這些都是利用了放電原理，則選項B、C、D錯誤。]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，金屬球上感應電荷產(chǎn)生的電場在球內直徑上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＝EcC[處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部場強處處為零，故a、b、c三點的場強都為零。處于靜電平衡狀態(tài)的導體內部場強為零是感應電荷產(chǎn)生的電場與外電場疊加的結果，所以感應電荷在球內某點產(chǎn)生的電場的場強與MN在這一點產(chǎn)生的電場的場強等大反向。比較a、b、c三點感應電場的場強，實質上是比較帶電體MN在這三點的場強。由于c點離MN最近，故MN在c點的場強最大，感應電荷在c點的場強也最大。正確選項為C。]3．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()ABCDD[球殼處于正點電荷的電場中，達到靜電平衡，球殼為等勢體，電場線不會穿過球殼，但球殼內、外表面均有感應電荷，故內、外部均有電場線，D正確。]4．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球用導線與球殼內部相連，D球與球殼內部接觸。設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，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D[由于靜電感應，A球的左右兩端帶上不同的電荷，但整體不帶電，故A錯誤；由于靜電感應，B球帶正電，但電勢和大地的電勢相等，為零，故B錯誤；C球在金屬球殼的外部，會帶上與球殼相同的電荷，故C錯誤；D球在球殼的內部，與球殼接觸后成為球殼內部的一部分，由于靜電感應，球殼所帶負電荷會集中于球殼外部，所以D不帶電，電勢與球殼電勢相同，電勢小于零，故D正確。]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體，圖中a、b分別為金屬導體內部與空腔中的兩點，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A[處于靜電平衡狀態(tài)的導體，其內部場強為零，即Ea＝0；由于靜電屏蔽，球內空腔的場強也為零，則Eb＝0，選項A正確。]6.(多選)如圖所示，接地的金屬板右側有固定的點電荷＋Q，a、b是金屬板右側表面的兩點，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，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BCD[若金屬板不接地，右側表面將感應出負電荷，左側表面將感應出正電荷；若金屬板接地，自由電子通過接地導線導入金屬板，再次達到靜電平衡時左側表面不帶電，整個金屬板的電勢都為零，所以選項A錯誤，選項B、C正確。金屬板接地時，右側表面上有感應負電荷，而且a點附近的電場線密度(單位表面積的電荷量)比b點附近的電場線密度要大些，場強要強(大)些，又因為整個金屬板是等勢體，右側表面是等勢面，電場線與等勢面垂直，可見a、b兩點的場強方向都垂直指向右側面，方向相同，所以選項D正確。]題組B能力提升練1．某農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(chǎn)生的電磁波，應將高頻熱合機產(chǎn)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，下面說法正確的是(B)A．φA＝φB B．φB＝φCC．EA＝EB D．EB＝EC解析：由于空心導體為等勢體，所以φB＝φC，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。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 B．B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(chǎn)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(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解析：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B對，A、C錯；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，場強越小，煙塵顆粒受電場力越小，加速度越小。故D對。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)解析：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，用導線連接之后，左邊的金箔也是外表面，故A、C正確，B錯誤。D選項中由于靜電屏蔽的作用，驗電器不受外電場的影響，故金箔是閉合的。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(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(wǎng)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移近金屬罩B，則(AD)A．在B的外表面出現(xiàn)感應電荷 B．在B的內表面出現(xiàn)正電荷C．驗電器的金屬箔片將張開 D．B的左右兩側電勢相等解析：靜電平衡時，B的左端出現(xiàn)負電荷，右端出現(xiàn)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(wǎng)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，