第一章7 静电现象的应用—2020-2021 高中物理选修3-1学案

7静电现象的应用

素养目标定位)

※理解静电平衡状态及特点

※知道静电平衡时导体上电荷的分布特点

※了解生活中的静电现象及应用

,

素养思维脉络)

知识点1静电平衡状态

1．静电感应现象

处于电场中的导体，由于__电场力__的作用，电荷出现__重新分布__的现象。

2．静电平衡状态

导体中(包括表面上)没有电荷__定向移动__的状态。

3．静电平衡状态的特征

(1)处于静电平衡状态的导体，内部的场强__处处为零__。

(2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面__垂直__。

(3)处于静电平衡状态的整个导体是个__等势体__，导体的表面为__等势面__。

知识点2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__外表面上__。

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)__越大__，凹陷的位置__几乎没有__电荷。

知识点3尖端放电

1．电离

在导体尖端强电场的作用下，使空气分子中的__正负电荷__分离，这种现象叫做空气的电离。

2．尖端放电

由于导体尖端的__电荷密度__很大，其附近电场__很强__，使周围中性空气分子电离，变成带电离子，这些带电粒子在强电场加速下，会使更多的空气分子电离，产生大量的__带电粒子__，与导体尖端的电荷符号相反的粒子被__吸引__到尖端，跟尖端上的电荷__中和__，这相当于尖端__失去__电荷，这个现象叫尖端放电。

3．应用和防止

(1)应用：__避雷针__是利用尖端放电避免雷击的一种设施。

(2)防止：高压设备中导体的__表面尽量光滑__会减少电能的损失。

知识点4静电屏蔽

1．定义

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__影响的现象。

2．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，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。

思考辨析

『判一判』

(1)静电平衡时，导体内的自由电子不再运动。(×)

(2)静电平衡时，导体内部场强为零。(√)

(3)静电平衡时，导体电势为零。(×)

(4)静电平衡时，导体内部表现为电中性。电荷都分布在外表面，导体内部没有净电荷。(√)

(5)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，不具有静电平衡的特点。(×)

『选一选』

(多选)夏季，在雷云形成的过程中，由于摩擦起电一些云层带正电，另一些云层带负电，它们对大地的静电感应使地面产生异种电荷。当云层与云层间或云层与地面间的“电势差”达到几万伏以上时，空气被击穿，暴发电闪雷鸣。假如在户外我们遭遇雷电，下列防雷措施可行的是(CD)

A．在大树下避雷雨

B．停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨

C．不要快速开摩托、快骑自行车和在雨中狂奔

D．在空旷地带，最好关掉手机电源

解析：表面具有突出尖端的导体，在尖端的电荷分布密度很大，使得其周围电场很强，就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电。因此不要在大树下避雨；别停留在山顶、山脊的凉亭等地方；快速开摩托、快骑自行车和在雨中狂奔，身体的跨步越大，电压就越大，雷电也越容易伤人；在空旷地带使用手机通话，手机很有可能成为闪电的放电对象。

『想一想』

你知道家用电视机、收音机外壳的制作材料为何一般是塑料，而不用金属的主要原因吗？

解析：若用金属制作家用电视机、收音机外壳，用电器的金属外壳就形成静电屏蔽，电磁信号就难以被电视机、收音机这类电磁波接收器接收，电视机、收音机就不能正常工作。

探究一对静电平衡及其特点的理解

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思考讨论

i kao tao lun 1

如图所示，当一个带电体靠近不带电导体时，由于导体内的自由电子受到静电力的作用，将向着与电场相反的方向定向移动，从而使导体两端出现等量异种电荷，这就是前面学习的静电感应现象。

(1)这种定向移动是无休止的吗？

(2)电荷的移动对导体内部的电场有影响吗？

(3)你能在图中画出等势面吗？

提示：(1)不是(2)有(3)能(图略)

G 归纳总结

ui na zong jie

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

：

⎩⎪

⎨

⎪⎧导体内部场强处处为零

导体表面场强垂直表面

导体为等势体，表面为等势面

孤立带电体净电荷只分布在外表面上

3．静电平衡导体的电荷分布特点

①内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，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，如图甲所示：

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：

特别提醒：(1)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。

(2)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，达到静电平衡状态。

D 典例剖析

ian li pou xi

典例1(多选)如图所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷＋Q，a、b两点是金属板右侧表面上的两点，其中a到＋Q的距离较小，下列说法正确的是(BCD

)

A．由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电

B．由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面不带电

C．整个导体，包括表面上的a、b两点，是一个等势体，且电势等于零

D．a、b两点的电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同

解题指导：正确理解处于静电平衡状态的导体的特点是处理此类问题的关键。

解析：金属板左侧接地，金属板与地球形成了一个导体，金属板相当于近端，而地球相当于远端，根据感应电荷“近异远同”的分布特点，A错，B对；由处于静电平衡状态导体的特点可知，a、b两点电势相等，接地后电势等于零，C对；金属板是一个等势体，电场