高中物理 静电场(二)第7节学案1

高中物理 静电场（二）第7节

学习目标

1．知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态

2．理解静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零 3．知道静电屏蔽及其应用

知识点一 静电平衡状态下导体的电场 典例探究 1. 如图所示，在真空中把一绝缘导体AB 向带负电的小球P 缓慢地靠近(不接触，且未发生放电现象)时，下列说法中正确的是( ) A ．B 端的感应电荷越来越多 B ．导体内部场强越来越大 C ．导体的感应电荷在M 点产生的场强大于在N 点产生的场强 D ．导体的感应电荷在M 、N 两点产生的场强相等 2. 如图所示，长为L 的金属杆原来不带电，在距其左端r 处放一个电荷量为q 的点电荷。问：

知识点一 静电平衡状态下导体的电场

自主学习

1.静电感应现象：

放在电场中的导体其内部自由电荷在 作用下定向移动，而使导体两端出现 电荷的现象。

2. 静电平衡状态：

导体中(包括表面) 不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。

3. 静电平衡状态下导体的特点： ① 处于静电平衡状态的导体，内部的 处处为零。

② 处于静电平衡状态的整个导体是一个 ，它的表面是一个等势面。

③ 表面处的场强不为零，表面处的场强方向跟导体表面 。

(1) 金属杆中点处的场强为多少？ (2) 金属杆上的感应电荷在杆中点P 处产生的场强。

【审题指导】

1. 感应电荷的电荷量不是已知，故不能直接求出感应电荷在某点的场强，故由静电平衡条件求解。

2. 内部场强处处为零，因为是两个电场的叠加。

3. 在点电荷－Q 的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中A 点所激发的附加场强E ′的方向在图中正确的是

挑战自我

4. 如图所示，A 、B 都是装在绝缘柄上的导体，A 带正电后靠近B ，若取地球的电势为零，则（ ）

(4) 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 。

② 在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量) ，凹陷的位置 电荷。

名师点睛

1.静电感应现象的原因

当不带电的导体处于电场中时，导体内的自由电子在电场力的作用下逆电场线而定向移动，使导体一侧带负电，而另一侧带上正电。

2. 静电平衡实质

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，直至感应电荷产生的附加电场E`和原电场E 在导体内叠加为零，即E`=E ，自由电子停止定向移动。

3. 静电平衡的条件

导体内部的合场强为零，即E 合＝0。 4.静电平衡状态下导体的特点： ⑴ 内部场强处处为零（不为0则自由电子将继续移动直至合场强为0）

⑵ 导体中没有自由电荷定向移动（没有静电荷），静电荷只分布在导体的外表面。

⑶ 在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。

实验证明：法拉第圆筒实验

⑷导体表面附近电场线与表面垂直

理论证明：中性导体带电后，由于同种电荷相互排斥，净电荷只能分布在表面。

反证法：若内部有自由电荷，则内部场强

不为0，导体就不是处于静电平衡状态。

5. 静电平衡时导体周围电场分布

上图空间实际电场分布，不会出现虚线电场线。

【特别提示】

一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点。人与大地都是导体，在人摸(触)导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，地球往往是新导体的远端。

知识点二静电现象的应用

自主学习

1. 尖端放电

①气体在导体尖端周围的强电场的作用下而被电离，气体被电离后变成带负电的_______和带正电的_____，而与尖端电荷的电性相反的粒子在静电力的作用下奔向尖端，而使尖端电荷______，从效果上看好象是尖端释放了电荷，这个现象叫尖端放电。

②尖端放电的利弊

应用：避雷针就是利用了_________而实现了

A. 导体B上任意一点的电势为零；

B. 导体B上任意一点的电势都为正；

C. 导体B上任意一点的电势都为负；

D. 导体B上右端点的电势等于左端点的电势。

5. 如图所示,长为10cm的导体棒原来不带电，现将一带电荷量 Q=8．O×lO-10C的正点电荷放在距棒左端5cm处的P点, 达到静电平衡后棒上感应电荷在棒内中点O处产生的场强大小等于_____,方向______。

知识点二静电现象的应用

典例探究

1. 将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与球接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，于是有( )

A．A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向

中和空气中的电荷，而达到避免雷击的目的；

防止：尖端放电会使导到高压设备上电能的损失，故该导体表面要尽量______。

2. 静电屏蔽

①形成：处于电场中的导体壳(金属网罩)当达到静电平衡状态时，其内部场强_________，从而实现了对内部物体起到了保护作用，这种装置叫做静电屏蔽。

②应用：高压输电线的上方的______与大地连接而形成一个静电屏蔽，对高压线起到了保护作用。

3. 想一想：

为什么在钢筋水泥结构的楼房内手机的信号要比室外差？

名师点睛

1. 静电屏蔽的本质

静电屏蔽实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零而已。

2．静电屏蔽的两种情况

(1) 金属壳内部不受外部影响

现象：由于静电感应，验电器箔片张开。如图甲，将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图乙，即外部电场影响不到导体内部。

本质：是静电感应，导体外表面感应

B．A的位置不变，B向右偏离竖直方向

C．A向左偏离竖直方向，B的位置不变

D．A和B的位置都不变

【审题指导】

(1) 金属球壳(网)可使内部电荷不受外部电场影响。

(2) 不接地金属球壳(网)内的电荷对外部电荷有影响。

(3) 接地金属球壳(网)内的电荷对外部电荷无影响。

【学霸提示】

空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场，还是合电场作用的结果。

2. 如图所示，用起电机使金属鸟笼带电，站在金属架上的鸟安然无恙，且不带电，其原因是( )

A．鸟的脚爪与金属架绝缘

B．鸟与笼电势相同，无电势差

C．鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面