静电现象的应用(导学案)含答案

静电现象的应用答案

1．静电平衡状态是指处在电场中的导体内的自由电子不再发生定向移动的状态.

2．处于静电平衡状态的导体是一个等势体，其表面是等势面，其内部电场强度处处为零. 3．尖端放电现象是导体尖端失去电荷的现象.

4．金属壳达到静电平衡时，其内部不受外部电场影响，金属壳的这种作用叫静电屏蔽.

1．静电平衡状态

导体中(包括表面)自由电子不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态. 2．静电平衡状态下导体的特点

(1)处于静电平衡状态的导体，内部电场处处为零.

(2)处于静电平衡状态的整个导体是一个等势体，它的表面是一个等势面. (3)表面处的电场强度不为零，方向跟导体表面垂直. 3．导体上电荷的分布

(1)处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面.

(2)在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷.

尖端放电

静电屏蔽

原理 导体尖端的强电场使附近的空气电离，

电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷

当金属外壳达到静电平衡时，内部没有电场，因而金属的外壳会对其内部起保护作用，使它内部不受外部电场的影响 应用或防止

应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失

应用：电学仪器外面有金属壳，野外高压线上方还有两条导线与大地相连

例1、判断下列选项是否正确

(1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零.(√) (2)静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，导体的电势也为零.(×)

(3)因为外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场为0，所以处于静电平衡的导体内部电场处处为0.(√)

知识点二

知识点一

教学目标

静电平衡状态、导体上电荷的分布

尖端放电和静电屏蔽

(4)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地.(×)

(5)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开.(×)

(6)飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地.(√)

例2、回答下列问题

(1)如图1­7­1所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内，小球带不带电？

图1­7­1

提示：不带电.小球放入金属空腔球壳内，平衡后，电荷只分布在金属空腔球壳的外表面.

(2)把手机放在不锈钢快餐杯中并用盖子盖住，手机还能接通吗？如果放在塑料饭盒中呢？试一试并解释其中的原因.

提示：手机放在塑料饭盒中能够接通，放在不锈钢快餐杯中不能接通.这是因为不锈钢快餐杯能够形成静电屏蔽，手机无法接收到外界的电磁信号，所以不能接通.

考点一对静电平衡的理解

1．静电平衡实质

(1)在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合场强减小，随着感应电荷的继续增加，合场强逐渐减小，直至合场强为零，自由电荷的定向移动停止.

(2)静电平衡的条件：导体内部的合场强为零，即E合＝0.

2．静电平衡状态的特点

(1)处于静电平衡状态下的导体的特点

①导体内部某处感应电荷产生的场强E′与周围原电场场强E大小相等，方向相反，两者相互抵消，导体内部处处合场强E合为零，但导体表面的电场强度不为零.

②整个导体是一个等势体，导体表面是等势面，但电势不一定为零.

③电场线与导体表面垂直.

(2)静电平衡状态下的导体的电荷分布特点

①净电荷都分布在导体的表面，导体内部没有净电荷.

②感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，远同近异，如图1­7­2甲所示.

图1­7­2

③净电荷在导体表面分布不均匀，导体表面尖锐处电荷分布密集，平滑处电荷分布稀疏，凹陷处几乎没有电荷，如图乙所示.

例3、在真空中有两个点电荷A 和B ，电荷量分别为－Q 和＋2Q ，相距为2l ，如果在两个点电荷连线的中点O 有一个半径为r (r ≪l )的空心金属球，且球心位于O 点，如图1­7­3所示，则球壳上的感应电荷在O 处的场强的大小为多少？方向如何？

图1­7­3

[解析] 根据电场的叠加和静电平衡，球心O 处的合场强为0，即感应电荷的电场强度与A 、B 两点电荷在O 处所产生的合场强等大、反向，即E 感＝E A ＋E B ＝k Q l 2＋k 2Q l 2＝3kQ

l 2，A 、B 在O 处产生的场强方向向左，所以

E 感向右.

[答案] 3kQ

l 2

方向向右

求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法是： (1)运用E ＝k Q

r

2求出外电场场强E 外的大小和方向.

(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E 合＝0. (3)由E 外＋E 感＝0，求出感应电场E 感的大小和方向.

例4、如图1­7­4所示，在原来不带电的金属细杆ab 附近P 处，放置一个正点电荷，达到静电平衡后( )

图1­7­4

A ．a 端的电势比b 端的高

B ．b 端的电势比d 点的低

C ．a 端的电势不一定比d 点的低

D ．杆内c 处场强的方向由c 指向b

解析：选B 首先画出电场线(如图所示)，沿电场线方向电势降低，b 点电势比d 点低，B 正确；金属杆ab 在静电平衡后是一个等势体，a 点电势等于b 点电势，也比d 点低，选项A 、C 均错误；静