2025高考物理步步高同步練習(xí)必修3學(xué)習(xí)筆記第九章　靜電場(chǎng)及其應(yīng)　靜電的防止與利用

2025高考物理步步高同步練習(xí)必修3學(xué)習(xí)筆記第九章靜電場(chǎng)及其應(yīng)4靜電的防止與利用[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說(shuō)出靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點(diǎn).2.知道導(dǎo)體上電荷的分布特征，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(fù)印的工作原理．一、靜電平衡1．靜電平衡：導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生________________的狀態(tài)．2．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為________．3．導(dǎo)體上電荷的分布：(1)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體________沒有凈剩電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的____________．(2)在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)________，凹陷的位置幾乎沒有電荷．二、尖端放電1．空氣的電離：在一定條件下，導(dǎo)體尖端電荷____很大，導(dǎo)體尖端周圍的強(qiáng)電場(chǎng)使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負(fù)電荷_____的現(xiàn)象．2．尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被________，而與尖端上的電荷______，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端__________的現(xiàn)象．3．尖端放電的應(yīng)用與防止：(1)應(yīng)用：____________是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施．(2)防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量________會(huì)減少電能的損失．三、靜電屏蔽1．靜電屏蔽靜電平衡時(shí)，空腔導(dǎo)體內(nèi)表面沒有電荷，導(dǎo)體殼內(nèi)空腔里的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為________．外電場(chǎng)對(duì)殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會(huì)產(chǎn)生影響，金屬殼的這種作用叫作________________．2．靜電屏蔽的應(yīng)用：電學(xué)儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導(dǎo)線與大地相連．四、靜電吸附1．靜電吸附：在電場(chǎng)中，帶電粒子在________作用下，向著電極運(yùn)動(dòng)，最后被吸附在電極上的現(xiàn)象．2．靜電除塵：當(dāng)空氣中的塵埃帶電時(shí)，在靜電力作用下，塵埃到達(dá)電極而被收集起來(lái)的過(guò)程．3．靜電噴漆：接負(fù)高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負(fù)電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為________的工件運(yùn)動(dòng)，并沉積在工件表面．4．靜電復(fù)?。簭?fù)印機(jī)應(yīng)用了________________的原理，復(fù)印機(jī)的有機(jī)光導(dǎo)體鼓表面涂覆有機(jī)光導(dǎo)體(OPC)，無(wú)光照時(shí)，OPC是____________，受光照時(shí)變成導(dǎo)體．判斷下列說(shuō)法的正誤．(1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體內(nèi)部的外加電場(chǎng)與附加電場(chǎng)的矢量和為零，即導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零．()(2)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部表現(xiàn)為電中性，電荷都分布在外表面，導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈剩電荷．()(3)一個(gè)孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場(chǎng)中，處于靜電平衡狀態(tài)，不具有靜電平衡的特點(diǎn)．()(4)用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來(lái)，再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，則驗(yàn)電器箔片能張開．()(5)電工穿的高壓作業(yè)服是用銅絲編織的，目的是銅絲衣服有屏蔽作用，使體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零．()一、靜電平衡導(dǎo)學(xué)探究如圖所示，不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動(dòng)，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷．請(qǐng)思考下列問(wèn)題：(1)自由電子定向移動(dòng)的原因是什么？定向移動(dòng)的方向如何？(2)自由電子能否一直定向移動(dòng)？為什么？知識(shí)深化1．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零的本質(zhì)是外電場(chǎng)E0和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)E′的合電場(chǎng)強(qiáng)度為0，即E0＝－E′.2．孤立的帶電導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為0的本質(zhì)是分布在導(dǎo)體外表面的電荷在導(dǎo)體內(nèi)部的合電場(chǎng)強(qiáng)度為0.3．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外表面任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向跟該點(diǎn)的表面垂直．4．靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體上的電荷分布在導(dǎo)體的外表面，其內(nèi)部沒有凈電荷，且凈電荷在導(dǎo)體外表面的分布不均勻，越是尖銳的地方電荷的分布越密集．例1如圖所示，把一個(gè)架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正點(diǎn)電荷形成的電場(chǎng)中，導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)．下列說(shuō)法正確的是()A．導(dǎo)體內(nèi)部A點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度B．感應(yīng)電荷在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生的附加電場(chǎng)強(qiáng)度EA＝EBC．感應(yīng)電荷在A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生的附加電場(chǎng)強(qiáng)度EA＜EBD．當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動(dòng)求處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的方法是：(1)先求出外電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度E外的大小和方向．(2)由于導(dǎo)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(yīng)電場(chǎng)E感的大小和方向．針對(duì)訓(xùn)練1(2021·哈師大附中高二期中)如圖所示，接地金屬球A的半徑為R，球外點(diǎn)電荷的電荷量為Q，到球心的距離為r，靜電力常量為k，則該金屬球上感應(yīng)電荷在球心O處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為()A．keq\f(Q,r2)－keq\f(Q,R2) B．keq\f(Q,r2)＋keq\f(Q,R2)C．0 D．keq\f(Q,r2)例2一個(gè)帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4×10－8C的正電荷，上端開有適當(dāng)小孔，有絕緣柄的金屬小球B帶有2×10－8C的負(fù)電荷，使B球和A球內(nèi)壁接觸，如圖所示，則A、B帶電荷量分別為()A．QA＝1×10－8CQB＝1×10－8CB．QA＝2×10－8CQB＝0C．QA＝0QB＝2×10－8CD．QA＝4×10－8CQB＝－2×10－8C二、尖端放電靜電屏蔽導(dǎo)學(xué)探究1．避雷針是利用尖端放電保護(hù)建筑物的一種設(shè)施，其原理是什么？2．靜電屏蔽是怎樣起到屏蔽作用的？知識(shí)深化1．尖端放電導(dǎo)體尖端電荷密度大，周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度大，把周圍的空氣電離，帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速撞擊空氣中的分子，使它們進(jìn)一步電離，所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和．2．靜電屏蔽(1)靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外加電場(chǎng)矢量和為零，好像是金屬殼將外電場(chǎng)“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場(chǎng)并存，矢量和為零．(2)靜電屏蔽的兩種情況導(dǎo)體外部電場(chǎng)不影響導(dǎo)體內(nèi)部接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)不影響導(dǎo)體外部圖示實(shí)現(xiàn)過(guò)程因場(chǎng)源電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在空腔內(nèi)的合電場(chǎng)強(qiáng)度為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場(chǎng)的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場(chǎng)消失，起到屏蔽內(nèi)電場(chǎng)的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導(dǎo)體，不能是絕緣體例3如圖所示，放在絕緣臺(tái)上的金屬網(wǎng)罩B內(nèi)放有一個(gè)不帶電的驗(yàn)電器C，若把一帶有正電荷的絕緣體A移近金屬罩B，則()A．金屬罩B的內(nèi)表面帶正電荷B．金屬罩B的右側(cè)外表面帶正電荷C．驗(yàn)電器C的金屬箔片將張開D．金屬罩B左、右兩側(cè)電荷電性相同針對(duì)訓(xùn)練2將懸掛在絕緣細(xì)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(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近，如圖所示，則()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?nèi)?、靜電吸附例4(多選)如圖所示為靜電除塵示意圖，在M、N兩點(diǎn)間加高壓電源時(shí)，金屬管內(nèi)的空氣電離，電離出的電子在靜電力的作用下運(yùn)動(dòng)，遇到煙氣中的煤粉，使煤粉帶負(fù)電荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的煙就清潔了．就此示意圖，下列說(shuō)法正確的是()A．N接電源的正極 B．M接電源的正極C．電場(chǎng)強(qiáng)度EB＞EA D．電場(chǎng)強(qiáng)度EB＜EA本章知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建靜電力作用下的平衡[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.學(xué)會(huì)分析同一直線上自由電荷的平衡問(wèn)題。2.學(xué)會(huì)分析非共線力作用下帶電體的平衡問(wèn)題．一、同一直線上三個(gè)點(diǎn)電荷的平衡問(wèn)題例1如圖所示，帶電荷量分別為＋q和＋4q的兩點(diǎn)電荷A、B相距L，問(wèn)：(1)若A、B固定，在何處放置點(diǎn)電荷C，才能使C處于平衡狀態(tài)？(2)在(1)中的情形下，C的電荷量大小和電性對(duì)C的平衡有影響嗎？(3)若A、B不固定，在何處放一個(gè)什么性質(zhì)的點(diǎn)電荷C，才可以使三個(gè)點(diǎn)電荷都處于平衡狀態(tài)？電荷量是多少？共線的三個(gè)自由電荷的平衡問(wèn)題有關(guān)特點(diǎn)1．三個(gè)自由電荷的平衡規(guī)律“三點(diǎn)共線”——三個(gè)點(diǎn)電荷分布在同一直線上；“兩同夾異”——正、負(fù)電荷相互間隔；“兩大夾小”——中間電荷的電荷量最小；“近小遠(yuǎn)大”——中間電荷靠近電荷量較小的電荷．2．只要其中兩個(gè)點(diǎn)電荷平衡，第三個(gè)點(diǎn)電荷一定平衡，只需根據(jù)平衡條件對(duì)其中的任意兩個(gè)電荷列式即可．注意：在三個(gè)共線點(diǎn)電荷的平衡問(wèn)題中，若僅讓其中一個(gè)電荷平衡，則只需要確定其位置即可，對(duì)其電性和所帶電荷量沒有要求．針對(duì)訓(xùn)練1如圖所示，光滑絕緣的水平地面上有相距為L(zhǎng)的點(diǎn)電荷A、B，帶電荷量分別為－4Q和＋Q，今引入第三個(gè)點(diǎn)電荷C，使三個(gè)點(diǎn)電荷都處于平衡狀態(tài)，則C的電荷量和放置的位置是()A．－Q，在A左側(cè)距A為L(zhǎng)處B．－2Q，在A左側(cè)距A為eq\f(L,2)處C．－4Q，在B右側(cè)距B為L(zhǎng)處D．＋2Q，在A右側(cè)距A為eq\f(3L,2)處二、非共線力作用下帶電體的平衡分析靜電力作用下點(diǎn)電荷的平衡問(wèn)題時(shí)，方法仍然與力學(xué)中分析物體的平衡方法一樣，具體步驟如下：(1)確定研究對(duì)象：如果有幾個(gè)物體相互作用時(shí)，要依據(jù)題意，用“整體法”或“隔離法”選取合適的研究對(duì)象．(2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，此時(shí)多了靜電力(F＝eq\f(kq1q2,r2))．(3)根據(jù)F合＝0列方程，若采用正交分解，則有Fx＝0，F(xiàn)y＝0.(4)解方程求出未知量．例2(2022·蚌埠市高二期末)如圖所示，物體P、Q可視為點(diǎn)電荷，所帶電荷量相同．傾角為θ、質(zhì)量為M的粗糙絕緣斜面體放在粗糙水平面上．將P放在斜面上，當(dāng)Q固定在與P等高(PQ連線水平)且與P相距為r的右側(cè)位置時(shí)，P靜止且受斜面的摩擦力為0，斜面體保持靜止．已知P的質(zhì)量為m，重力加速度為g，靜電力常量為k.求：(1)P、Q所帶電荷量的大??；(2)斜面體對(duì)地面的壓力大?。槍?duì)訓(xùn)練2(2021·南通市高一期中)如圖所示，a、b是兩個(gè)帶有同種電荷的小球，用絕緣絲線懸掛于同一點(diǎn)，兩球靜止時(shí)處于同一水平高度，絲線與豎直方向間的夾角分別為α、β，且β>α，則()A．a(chǎn)球的質(zhì)量一定比b球的大B．a(chǎn)球的電荷量一定比b球的大C．a(chǎn)球受到的庫(kù)侖力比b球的小D．絲線對(duì)a球的拉力比對(duì)b球的小例3(2021·淄博市階段練習(xí))如圖所示，V形絕緣斜面M、N固定在水平面上，兩斜面與水平面間的夾角均為α＝60°，其中斜面N光滑．兩個(gè)質(zhì)量相同的帶電小滑塊P、Q分別靜止在M、N上，P、Q連線垂直于斜面M，已知最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力．下列說(shuō)法正確的是()A．兩小滑塊所帶電荷為異種電荷B．兩小滑塊間的庫(kù)侖力大小等于小滑塊重力的兩倍C．P與M間的動(dòng)摩擦因數(shù)至少為eq\f(\r(3),6)D．P與M間的動(dòng)摩擦因數(shù)至少為eq\f(\r(3),3)針對(duì)訓(xùn)練3(多選)(2022·湖北省高二期末)如圖所示，光滑絕緣圓環(huán)豎直放置，a、b、c為三個(gè)套在圓環(huán)上可自由滑動(dòng)的空心帶電小球，已知小球c位于圓環(huán)最高點(diǎn)，ac連線與豎直方向成60°角，bc連線與豎直方向成30°角，三個(gè)小球均處于靜止?fàn)顟B(tài)．下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)、b小球一定帶同種電荷B．a(chǎn)、c小球可能帶同種電荷C．a(chǎn)、b小球所帶電荷量之比為eq\f(\r(3),6)D．a(chǎn)、b小球所帶電荷量之比為eq\f(\r(3),9)靜電力的性質(zhì)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.學(xué)會(huì)利用幾種特殊方法求解帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度.2.會(huì)分析電場(chǎng)線與帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡相結(jié)合的問(wèn)題.3.學(xué)會(huì)分析電場(chǎng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題．一、電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度的三種計(jì)算方法對(duì)稱法對(duì)稱法實(shí)際上就是根據(jù)某些物理現(xiàn)象、物理規(guī)律、物理過(guò)程或幾何圖形的對(duì)稱性進(jìn)行解題的一種方法．在電場(chǎng)中，當(dāng)電荷的分布具有對(duì)稱性時(shí)，應(yīng)用對(duì)稱性解題可將復(fù)雜問(wèn)題大大簡(jiǎn)化微元法當(dāng)一個(gè)帶電體的體積較大，已不能視為點(diǎn)電荷時(shí)，求這個(gè)帶電體產(chǎn)生的電場(chǎng)在某處的電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，可用微元法的思想把帶電體分成很多小塊，每塊都可以看成點(diǎn)電荷，用點(diǎn)電荷電場(chǎng)疊加的方法計(jì)算補(bǔ)償法有時(shí)由題給條件建立的模型不是一個(gè)完整的模型，這時(shí)需要給原來(lái)的問(wèn)題補(bǔ)充一些條件，組成一個(gè)完整的新模型．這樣，求解原模型的問(wèn)題就變?yōu)榍蠼庑履Ｐ团c補(bǔ)充條件的差值問(wèn)題．如采用補(bǔ)償法將有缺口的帶電圓環(huán)補(bǔ)全為圓環(huán)，或?qū)肭蛎嫜a(bǔ)全為球面，從而將問(wèn)題化難為易例1如圖所示，一半徑為R的圓盤上均勻分布著電荷量為Q的電荷，在垂直于圓盤且過(guò)圓心c的軸線上有a、b、d三個(gè)點(diǎn)，a和b間、b和c間、c和d間的距離均為R，在a點(diǎn)處有一電荷量為q(q>0)的固定點(diǎn)電荷．已知b點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零，則d點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為(靜電力常量為k)()A．keq\f(3q,R2) B．keq\f(Q＋q,R2)C．keq\f(10q,9R2) D．keq\f(9Q＋q,9R2)例2均勻帶電的球殼在球外空間產(chǎn)生的電場(chǎng)等效于電荷集中于球心處產(chǎn)生的電場(chǎng)．如圖所示，在半球面AB上均勻分布著正電荷，總電荷量為q，球面半徑為R，CD為通過(guò)半球頂點(diǎn)與球心O的軸線，在軸線上有M、N兩點(diǎn)，OM＝ON＝2R.已知N點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，靜電力常量為k，則M點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為()A.eq\f(kq,2R2)－E B.eq\f(kq,4R2)C.eq\f(kq,4R2)－E D.eq\f(kq,4R2)＋E例3一半徑為R的圓環(huán)上，均勻地帶有電荷量為Q的電荷，在垂直于圓環(huán)平面的對(duì)稱軸上有一點(diǎn)P，它與環(huán)心O的距離OP＝L.設(shè)靜電力常量為k，關(guān)于P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E，下列四個(gè)表達(dá)式中正確的是()A.eq\f(kQ,R2＋L2) B.eq\f(kQL,R2＋L2)C.eq\f(kQR,\r(R2＋L23)) D.eq\f(kQL,\r(R2＋L23))二、電場(chǎng)線與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡1．帶電粒子做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，合力指向軌跡曲線的內(nèi)側(cè)，速度方向沿軌跡的切線方向．2．分析思路：(1)由軌跡的彎曲情況結(jié)合電場(chǎng)線確定靜電力的方向；(2)由靜電力和電場(chǎng)線的方向可判斷帶電粒子所帶電荷的正負(fù)；(3)由電場(chǎng)線的疏密程度可確定靜電力