新版高中物理 第九章 静电场及其应用 第4节 静电的防止与利用课件 新人教版必修第三册.ppt

解析：因为金属壳的外表面接地，所以外表面无感应电荷，只 有内表面有感应电荷分布，且由于 A 带正电，则 B 的内表面带 负电，D 正确，B、C 错误；B 的空腔内有带正电的小球 A 产生 的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，由电场叠加可知， 电场线的方向由 A 指向 B，所以空腔内电场强度不为零，故 A 错误。
(3)对静电平衡，要理解导体达到静电平衡时所具有的特点。
[对点练清] 1．如图所示，把原来不带电的金属壳 B 的外表面接
地，将一带正电的小球 A 从小孔中放入球壳内， 但不与 B 发生接触，达到静电平衡状态后，则( ) A．B 的空腔内电场强度为零 B．B 不带电 C．B 的外表面带正电 D．B 的内表面带负电
解析： A 置于球心后，球内部感应出负电荷，由于接地，球外 部不带电，故枕形导体 C 的左端不带电，C 正确。
答案：C
3．[多选]如图所示，带电体 Q 靠近一个接地空腔导体，空腔里 面无电荷。在静电平衡后，下列物理量中等于零的是( ) A．导体腔内任意点的电场强度 B．导体外任意点的电场强度 C．导体外表面的电荷量 D．导体空腔内表面的电荷量
量分别为－Q 和＋2Q，它们相距 L，如果在两点电荷连线的中
点 O 有一半径为 r(2r＜L)的空心金属球，且球心位于 O 点，则
球壳上的感应电荷在 O 点的场强为
()
A.12Lk2Q，水平向右 C.3LkQ2 ，水平向右
B.12Lk2Q，水平向左 D.3LkQ2 ，水平向左
[解析] 两个点电荷 A 和 B 在 O 点处产生的合场强大小为 E1＝kL2Q2＋k2L2Q2＝12Lk2Q，方向水平向左。根据静电平衡导体的 特点可知，球壳上的感应电荷在 O 点处的场强大小与两个点电 荷 A 和 B 在 O 点处产生的合场强大小相等、方向相反，则球壳 上的感应电荷在 O 点处的场强大小为 E2＝E1＝12Lk2Q，方向水平 向右，故 A 正确，B、C、D 错误。
3．对静电平衡时导体上电荷的分布的理解 (1)实心导体：导体内部无电荷，电荷只分布在导体外表面上。 (2)空腔导体：空腔内无电荷时，电荷分布在外表面上(内表面无 电荷)；空腔内有电荷时，内表面因静电感应出现等量的异号电 荷，外表面有感应电荷。
[典例1] 如图所示，在真空中有两个点电荷 A 和 B，电荷
[易错警示] 静电屏蔽问题的三点注意
(1)空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电 场作用，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作用，还是合电场作用的 结果。
(2)对静电感应，要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的， 是如何建立起附加电场的，何处会出现感应电荷。
答案：D
2．如图所示，接地的空心金属球壳 B 右侧有一 原来不带电的枕形导体 C，现将带正电的小 球 A，置于空心金属球壳 B 的内部，则下列说法中正确的是 () A．球壳 B 带负电，枕形导体 C 的左端带负电 B．球壳 B 带负电，枕形导体 C 的左端带正电 C．球壳 B 带负电，枕形导体 C 的左端不带电 D．球壳 B 不带电，枕形导体 C 的左端不带电
2．[多选]如图所示，在绝缘板上放有一个不带电
的金属箔验电器 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 A 的箔片张开
的是
()
A．用取电棒பைடு நூலகம்C(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 C 先跟 B 的外壁接触一下后再跟 A 接触
C．用绝缘导线把 A 跟取电棒 C 的导体部分相连，再把取电
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。
对静电平衡的理解
[学透用活] 1．静电平衡状态的实质 由于静电感应，在导体两侧出现等量异种的感应电荷，感应电 荷在导体内部形成与原电场 E0 反向的电场 E′，在导体内任一 点 E′＝－E0，使得合电场强度 E 内＝0。 2．对孤立带电导体的理解 对一孤立带电导体，可视为导体处于自己所带电荷的电场中， 达到静电平衡时，也有两个基本特点：一是导体内部的场强处 处为零，二是导体所带电荷只能分布在导体的外表面上。这种 情况下导体内部场强为零的本质是：导体表面所带全部电荷在 内部任一处产生的电场强度的矢量和为零。
解析：导体内部电场强度处处为零是由于感应电荷的电场与外 电场叠加的结果，故 D 正确。 答案：D
二、静电屏蔽与静电吸附 1．填一填 (1)静电屏蔽 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静电屏蔽：放入电场中的导体壳，由于静电感应，壳内电场 强度为 0，外电场对壳内的仪器 不会 产生影响，金属壳的这种 作用叫作静电屏蔽。 ③应用：把电学仪器放在封闭的金属壳或 金属网里；野外三条 高压输电线上方架设两条导线，与 大地 相连，把高压输电线 屏蔽起来。
[答案] A
[规律方法] 感应电荷场强的求解思路
(1)求解外电场在该处场强的大小和方向。 (2)利用导体内部合场强处处为零和电场的叠加原理，求解 感应电荷在该处的场强，此场强与外电场的场强大小相等、方 向相反。
[对点练清]
1.一个带绝缘底座的空心金属球 A 带有 4×10－8 C 的
正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球
[选自鲁科版新教材 P27 第 3 题]
[多选]静电除尘器除尘原理如图所示。尘埃在电场中通过某
种机制带电，在电场力的作用下向收尘极迁移并沉积，以达到
除尘目的。下列表述正确的是
()
A．带电尘埃带正电荷 B．电场方向由收尘极指向电晕极 C．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同 D．在同一位置，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大
(2)静电吸附 ①静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘 埃到达电极而被收集起来。 ②静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电， 在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积 在工件的表面，完成喷漆工作。 ③静电复印：复印机的核心部件是有机光导体鼓，在没有光照 时是绝缘体，有光照时是导体。复印机复印的工作流程：充电、 曝光、显影、转印、放电。
2．判一判
(1)把仪器放在金属网内和放在封闭的金属壳内能起到同样的静
电屏蔽作用。
(√ )
(2)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。
( ×)
(3)飞机轮上装上拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入
大地。
(√ )
3．想一想 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。
2．判一判
(1)放入电场中的导体两侧出现异种电荷是静电感应导致的。(√ )
(2)处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为 0。
(√)
(3)带电导体尖端电荷密度大，周围电场强度也大。
(√ )
3．选一选 处于静电平衡中的导体，内部电场强度处处为零的原因是( ) A．导体内部无任何电场 B．外电场不能进入导体内部 C．所有感应电荷在导体内部产生的合电场强度为零 D．外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为零
第 4 节 静电的防止与利用
课标要求
1．知道静电平衡的概念，知道静电平衡是静电感应的结果。 2．了解尖端放电及其应用。 3．知道静电屏蔽及其应用。 4．了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的原理。
一、静电平衡与尖端放电 1．填一填 (1)静电平衡 放入电场中的导体，由于静电感应，导体两侧出现异种电荷， 而感应电荷在导体内部产生的电场与原电场 反向 ，使导体内部 的电场减弱，当导体内部电场为 0 时，导体内的自由电荷不再 发生 定向 移动，这时导体就达到静电平衡。 (2)导体处于静电平衡状态时，其内部的电场强度处处为_0__。
棒 C 与 B 的内壁接触
D．使 A 靠近 B
解析：A 项中 C 先和 B 的内壁接触，由于 B 的内壁本身没有电 荷，所以再接触 A 时，A 的箔片不张开；B 项中 C 和 B 的外壁 接触后，可以使 C 带电，从而使 A 带电；C 项中用绝缘导线实 际上是将 A 和 B 连成了一个导体，A 因接触而带电；D 项中 A 因感应起电，所以 B、C、D 项正确。
B 带有 2×10－8 C 的负电荷，使 B 球和 A 球内壁接
触，如图所示，则 A、B 带电荷量分别为
()
A．QA＝10－8 C，QB＝10－8 C B．QA＝2×10－8 C，QB＝0 C．QA＝0，QB＝2×10－8 C D．QA＝4×10－8 C，QB＝－2×10－8 C
解析： A、B 接触达到静电平衡后，净电荷只分布在 A 的外表 面上，故 B 项正确。 答案：B
(3)尖端放电 ①在导体的外表面，越尖锐的位置，电荷的 密度 越大，周围的 电场强度越大。 ②电离：导体尖端周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧 烈运动，并与空气分子 碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离的 现象。 ③尖端放电：导体尖端周围被强电场电离的粒子中，所带电荷与 导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖 端上的电荷 中和 ，相当于导体从尖端 失去 电荷的现象。 ④应用：建筑物的顶端安装上避雷针以达到避免雷击的目的；高 压设备中导体的表面尽量 光滑 ，以减少电能损失。
(2)本质：仍然是静电感应，使导体内表面感应电荷与壳内 电荷在导体壳表面以外空间叠加结果为零。
[典例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，如图所示。下列说法正确的是 ( )
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 [解析] C 对外界电场有静电屏蔽作用，使处于 C 内部的 A 不受外界电场影响，所以 A 的位置不变；但 A 在 C 的外表面感 应出正电荷，所以 B 将向右偏，B 正确。 [答案] B
请观察建筑物上的避雷针(如图)，看它们是如何巧妙设计 的，分析它们如何能安全引电避雷，它们的造型与建筑物是否 协调，并与同学讨论交流。
[提示] 在古建筑物的屋顶、屋角设置各种造形的动物，避 雷针以动物头上的角须形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙 安装，另一端引入大地，从而起到避雷效果。
二、STSE 类问题，体现活学活用
答案：BCD
3．如图所示，一个方形的金属盒原来不带电，现将一个带电荷 量为＋Q 的点电荷放在盒左边附近，达到静电平衡后，盒上 的感应电荷在盒内部产生的电场分布情况正确的是 ( )
解析：由于金属盒内部处于静电平衡状态，所以内部每点的合 电场强度都为 0，即金属盒内的感应电荷产生的电场的电场强度 都与点电荷＋Q 在那点产生的电场的电场强度大小相等、方向 相反，即感应电荷的电场线与点电荷＋Q 的电场线重合，但方 向相反，故选项 C 正确。
2．接地导体壳内部电场对壳外空间无影响的情况 (1)现象 ①如图甲所示，导体壳没有接地时，处于内部电场中，达 到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，壳内外表面 之间场强处处为零，壳外场强不为零。
②导体壳接地后，如图乙所示，导体壳外的正电荷被大地 负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，导体壳内 外表面之间及导体外部场强处处为零，导体外部空间不受内部 影响。
答案：C
对静电屏蔽的理解 [学透用活]
1．导体内部不受外部电场影响的情况 (1)现象：由于静电感应，验电器箔片张开，如图甲所示。 将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图乙所示， 即外部电场影响不到导体内部。
(2)本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导 体内部任一点的场强的叠加结果为零。
解析：静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为零，且内表 面不带电，故选项 A、D 正确，B 错误。导体外表面受带电体 Q 的影响，所带电荷量不为零，故选项 C 不正确。 答案：AD
一 、 古 建 筑 上 的 避 雷 针 [ 科 学 思 维 ][ 选 自 鲁 科 版 新 教 材 P25“物理聊吧”]