1.7静电现象的应用 学案

第一章静电场

1.7静电现象的应用学案

知识点感知

1．静电平衡

（1）静电感应现象：放在静电场中的导体，它的自由电荷受电场力作用，发生定向移动，从而重新分布，在其表面不同部分出现了正、负电荷的现象。

（2）静电平衡状态：导体上处处无电荷定向移动的状态。

（3）静电平衡条件：导体内部处处场强为零。

2．导体的静电性质

（1）导体上的电荷分布：处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体外表面上。

（2）导体上的电势分布：处于静电平衡状态导体是个等势体，导体表面是等势面，沿导体表面移动电荷，电场

力与表面切向垂直，电场力做功为零。所以电势差为零，表面是等势面。

（3）导体表面附近的场强分布：处于静电平衡状态的导体表面上任一点场强方向与该点表面垂直。

3．导体空腔的静电性质

（1）腔内无电荷时导体的性质

（2）腔内有电荷时导体的性质

（3）静电屏蔽

4.尖端放电

要点一处理静电平衡的“观点”

1．远近观

“远近观”是指处于静电平衡状态的导体，离场电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分可认为无感应电荷产生．

2．整体观

“整体观”是指把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看作是一个大导体，再用“远近观”判断它们的带电情况．

要点二静电平衡两种情况的实现方法和其本质是什么？

1．两种情况

(1)导体内空腔不受外界影响，如图1－7－2甲所示．

(2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示．

图1－7－2

2．实现过程

(1)如图甲，因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，对内实现了屏蔽．

(2)如图乙，当空腔外部接地时，外表面的感应电荷将因接地传给地球，外部电场消失，对外起到屏蔽作用．

3．本质：静电感应与静电平衡.

为什么可以把导体的带电情况看成“面分布”？

我们知道导体达到静电平衡后，电荷是分布在它的表面的，下面我们通过一个带电金属球的案例计算，说明把金

属导体看成“面分布”的理由．

设金属球的半径为R ，从手册上查得空气的击穿场强为E m ＝3×106 V/m ，空气中该金属球所能带的最大电荷量为

Q m ，可以从公式E m ＝k Q m R 2来计算，这样Q m ＝E m ·R 2

k

.

金属球表面每单位面积带电荷量Q ＝Q m 4πR 2＝E m 4πk ，把数据代入得Q ＝3×1064π×9×109

C/m 2＝2.65×10－

5 C/m 2.

原子直径d 约为2×10－

10 m ，一个原子在金属球表面所占的面积为

πd 24＝π×(2×10－

10)24

m 2＝3.14×10－

20 m 2 一个表面原子的带电荷量为

q ＝Q πd 24

＝2.65×10－5×3.14×10－20 C ＝8.3×10－

25 C

一个电子电荷量e ＝1.6×10－

19 C ，当金属球带电荷量最多时(此时球外表面场强为空气击穿场强)，与表面一个原

子相关大小面积所带电荷量只有8.3×10－

25 C ，连一个电子电荷量都不到，由此我们有充分理由把金属导体带电看成“面分布”. 课堂练习

1.下列措施中，属于防止静电危害的是( )

A ．油罐车后有一条拖在地上的铁链条

B ．小汽车上有一根露在车面上的小天线

C ．在印染厂中保持适当的湿度

D ．在地毯上夹杂0.05～0.07 mm 的不锈钢丝导电纤维 答案 ACD 解析 B 选项属于防止静电平衡．

2．下图中P 是一个带电体，N 是一个不带电的金属空腔，在哪些情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S )不会被吸引( )

答案 AD

3．如图1－7－5所示，

图1－7－5

在球壳内部球心放置带电荷量＋Q 的点电荷，球壳内有A 点，壳壁中有B 点，壳外有C 点，则下列说法正确的是( )

A ．A 、

B 两点场强均为零B ．E A >E B >E C

C ．如果A 、C 和球心在一条直线上，则A 、C 两点的场强方向相同

D ．B 点场强方向指向球心

答案 C 解析 ＋Q 放在球壳内，由于静电感应，内壁感应出负电荷，外壁感应出等量的正电荷．如下图所示，是＋Q 与感应电荷产生的电场线形状，球壳壁内部场强为零，其他地方的场强与仅存在点电荷＋Q 时产生的场强相同，故E A >E C >E B ；如果A 、C 和球心在一条直线上，则A 、C 两点场强方向相同．

4．处于静电平衡状态的导体的特点是什么？

答案(1)处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零

(2)导体表面任一点的场强方向与该处的表面垂直

(3)净电荷只能分布在导体的外表面上，电荷在导体的外表面上的分布往往是不均匀的，越尖的地方，电荷分布的密度越大，附近的电场也越强．

对一孤立的带电导体，可视为导体处于自己所带电荷的电场中，达到静电平衡时，也有以上特点.

一、静电平衡下的导体

【例1】如图1－7－3所示，

图1－7－3

一导体球A带有正电荷，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度的大小为E A.在A球球心与P点连线上有一带负电的点电荷B，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度大小为E B.当A、B同时存在时，根据场强叠加原理，P点的场强大小应为()

A．E B B．E A＋E B C．|E A－E B| D．以上说法都不对

答案D解析当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时，导体球上的电荷将均匀分布在导体球表面．根据题意，均匀分布在导体球上的电荷在P点产生的场强为E A，当把点电荷放在B点后，虽然导体球所带的总电荷量未变，但因静电感应，导体球上的电荷将重新分布，直到达到静电平衡．这时，导体球上的电荷在P点产生的场强E A′不等于E A.由于点电荷不涉及电荷如何分布的问题，它在P点产生的场强与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为E B，当点电荷与导体球A同时存在时，P点的场强应由E A′与E B叠加而成，而不是由E A与E B叠加，这样就能立即断定A、

B、C三个选项都是不对的．

二、静电平衡

【例2】将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属

图1－7－4

空心球C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图1－7－4所示，说法正确的有()

A．A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向B．A的位置不变，B往右偏离竖直方向

C．A往左偏离竖直方向，B的位置不变D．A和B的位置都不变

答案B解析带正电的小球A放在不带电的空心球C内，通过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电．因此，金属空心球C和带电小球B带异种电荷，所以B受C球的吸引往右偏离竖直方向．而由于空心球C能屏蔽小球B 所产生的外部电场，使小球A不受外电场的作用，所以A的位置不变．

题型探究

题型一静电现象的应用

在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B.下列实验方法中能使验电器箔片张开的是()

A．用取电棒(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触

B．用取电棒先跟B的外壁接触一下后再跟A接触

C．用绝缘导线把验电器跟取电棒的导体部分相连，再把取电棒与B的内壁接触

D．使验电器A靠近B

思维步步高空腔导体的特点是什么？空腔导体的外壁和内壁的带电情况如何？使验电器金属箔片张开的方法有几种？

解析在A选项中先和B的内壁接触后，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开．答案BCD