1.7静电现象的应用
1.7静电现象的应用
导体上电荷的分布
特征四：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。 特征五：处于静电平衡状态 的导体，在导体的外表面尖 端（半径小或曲率大）电荷 分布密度大（即单位面积电 荷量多），故尖端电场强度 大，而凹陷的位置几乎没有 电荷。
尖端放电
1、导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强， 空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈 的运动，把空气中的气体分子撞散，使分子中的正 负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。
2、那些所带电荷与导体 尖端的电荷相反的粒子， 由于吸引而奔向尖端，与 尖端上的电荷中和，相当 于导体从尖端失去电荷， 这个现象叫做尖端放电。
3、应用：避雷针是利用 尖端放电避免雷击的一种 设施。
避雷针
高压设备
1、避免：尖端放电会 使高压设备上电能损失， 故高压设备导体的表面 都是非常光滑。 2、现象：夜间高压 线周围出现的绿色光 晕，俗称电晕，是一 种微弱的尖端放电。
导体内部没有电荷； 导体的表面有感应电荷，但不发生定向移动；
导体的静电感应
1、静电感应：把金属导体放在外电场中，由于 导体内自由电子受电场力作用而定向运动，使导 体的两个端面出现等量的异种电荷的现象。
2、感应电荷：静电感应 现象中，导体的不同部 分出现的净电荷。 导体内部感应电 荷产生了与外电 场相反的电场
思考:把导体放在电场中,正，负电 荷的分布会不会发生变化?
F
？
F
+ + + + + + + + +
E
+ + + + + +
一、导体中没有电荷定向移动的状态,叫做 静电平衡
1.7静电现象的应用
高中物理 | 静电现象的应用
验证三：带电体尖端电荷密
尖端金属体
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二、静电现象的应用
1.尖端放电
尖端电荷密，电场强度大 使残留带电粒子剧烈运动
粒子撞击使空气分子电离 正电荷奔向尖端与其中和 相当于尖端把负电荷释放到空气中
尖端放电的应用
燃气灶和燃气热水器的电子点火装置
针尖 形状
2、 导体两端出现感应 电荷,感应电荷在导体中 中产生与原电场反向的 感应电场.
-
E'
E0
- E=0 -
E 0
3、感应电荷的电场增到 与外电场相等时，导体内 合场强为零。自由电荷的 定向移动停止 .
4、静电平衡：导体 中无电荷定向移动 的状态,就叫静电平 衡状态.
静电平衡状态
发生静电感应的导体，当感应电荷产生的电场 E`和原电场E在导体内叠加为零，自由电子停止定 向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。
• 静电平衡时，导体内部都不
会有电场。
壳外有电场，由于壳内电
场强度保持为零，外电场
对壳内的仪器也不会产生 影响。金属壳的这种作用
叫做静电屏蔽．
静电屏蔽的应用
1、关于静电平衡，下列说法中正确的是 (ABD ) A．当导体达到静电平衡时，导体上任 意两点间的电势一定相等 B．当导体达到静电平衡时，其外表面附近 的电场方向一定与导体的表面垂直 C．绝缘体也有静电平衡状态 D．达到静电平衡时，电荷只分布在导体的 外表面
汽车发动机的火花塞
应用：避雷针
高中物理 | 静电现象的应用
I
避雷针的原理
I
三、处于静电平衡状态导体的特点
（2）导体内部的场强处处为零
静电平衡的应用 ：静电屏蔽
静电现象
4、静电平衡：导 静电平衡： 体中无电荷定向 移动的状态, 移动的状态,就叫 静电平衡状态. 静电平衡状态.
静电平衡
发生静电感应的导体， 发生静电感应的导体，当感应电荷产生的电 E`和原电场 在导体内叠加为零， 和原电场E 场E`和原电场E在导体内叠加为零，自由电子 表面的和内部的）都停止定向移动， （表面的和内部的）都停止定向移动，这时导 体所处的状态叫静电平衡状态。 体所处的状态叫静电平衡状态。
1．静电屏蔽 （1）空腔导体的特点 空腔导体能把外电场挡住， 空腔导体能把外电场挡住，空腔内没有 电场，空腔内不受外电场的影响。 电场，空腔内不受外电场的影响。 （2）静电屏蔽 导体壳（金属网罩） 导体壳（金属网罩）能保护它所包围的 区域，使这个区域不受外电场的影响， 区域，使这个区域不受外电场的影响， 这种现象叫做静电屏蔽。 这种现象叫做静电屏蔽。
－ － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － ＋ －E合=0 ＋ － ＋ － ＋ － ＋
E
E`
E
一、静电平衡的特点
1、处于静电平衡状态下的导体，内部的场 处于静电平衡状态下的导体， 强处处为零。 强处处为零。
2、处于静电平衡状态的整个导体是个 处于静电平衡状态的整个导体是个 等势体，它的表面是个等势面。 等势体，它的表面是个等势面。 3、导体外表面处场强方向必跟该点的 表面垂直 垂直。 表面垂直。
-
E0 -E' - E' - E' -
-
1、导体中自由电荷 在电场力作用下将发 生定向移动. 生定向移动.
2、 导体两端出现感应 电荷, 电荷,感应电荷在导体中 产生与原电场反向的感 应电场. 应电场.
-
E0
E'
1.7静电现象的应用
思考：
物体如果带电，电荷在物体上怎么分布呢？
绝缘体： 电荷不能自由移动，电荷只分布在得失 电子的部位。 导 体： 电荷可以自由移动，同种电荷相互排斥， 电荷只分布在外表面。
一、导体上的电荷分布
1、导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。
均匀球形导体
2、导体表面越尖锐的位置电荷密度越大。
思考：
导体的电荷分布：只分布在外表面。 E
+ + + +
1
-
E
+ + + +
1
-
四、静电屏蔽
金属导体壳内的场强处处为0。
注意：
静电屏蔽并非电场穿不过导体，而是在导体壳 内，两种电场叠加后为0。 实现静电屏蔽不一定需要密封的容器，金属网 也能实现相同的效果。
四、静电屏蔽
两种类型： 1、导体外的电场对导体内部无影响 2、接地导体内的电场对导体外部无影响
三、静电平衡的特征
1、处于静电平衡状态的导体，内部电场处处为0 思考：
感应电荷不仅会改变导体内部的电场，对外部电场 有什么影响呢？
被感应的导体外部电场特征 E1
+ + +
+
静电平衡时，导体外表面附近的场强与导体表面垂直
三、静电平衡的特征
1、内部场强处处为0 2、外部表面附近任一点的场强与导体表面垂直 3、整个导体是个等势体，导体表面是个等势面
回忆：
#43; -
B
+ + +
思考：
如果被感应的导体形状不规则，有一端特别尖会怎样？
+ + A ++
1.7 静电现象的应用
1.7 静电现象的应用1．处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零的原因是()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场强为零D．外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合场强为零2．如图所示，一个方形的金属盒原来不带电，现将一个带电量为+Q的点电荷放在盒左边附近，达到静电平衡后，盒上感应电荷在盒子内部产生的电场分布情况正确的是( )3．(多选)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4．某农村小塑料加工厂的高频热合机(焊缝用)产生的电磁波频率和电视信号频率接近，由于该村尚未通有线电视信号，空中的信号常常受到干扰，在电视荧屏上出现网状条纹，影响正常收看．为了使电视机不受干扰，可采取的办法是()A．将电视机用一金属笼子罩起来B．将电视机用一金属笼子罩起来，并将金属笼接地C．将高频热合机用一金属笼子罩起来5．下列与静电屏蔽无关的是()A．避雷针的顶端做的很尖细B．用几万伏的高压电电击关在金属笼里的鸟，而鸟安然无恙C．超高压带电作业的工作人员穿戴的工作服用包含金属丝的织物制成D．电视闭路线芯外常包有一层金属网6．如图所示为一空腔球形导体(不带电)，现在将一个带正电的小金属球A放入空腔中，当静电平衡时，图中a、b、c三点的场强E和电势φ的关系是()A．E a＞E b＞E c，φa＞φb＞φc B．E a＝E b＞E c，φa＝φb＞φcC．E a＝E b＝E c，φa＝φb＝φc D．E a＞E c＞E b，φa＞φb＞φc7．（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．导体空腔内任意点的场强B．导体空腔内任意点的电势C．导体外表面的电荷量D．导体空腔内表面的电荷量9．(多选)如图所示，在真空中把一绝缘导体向带负电的小球P缓缓靠近(不相碰)，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10．(多选)一个不带电的空心金属球，在它的球内放一个正电荷如图所示，其电场分布正确的是()11. (多选)如图所示,水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷Q,一表面绝缘的带电的小球(可视为质点且不影响Q的电场),从左端以初速度v0滑上金属板,沿光滑的上表面向右运动到右端,在该运动过程中( )A.小球做匀速直线运动B.小球做先减速后加速运动C.小球的电势能保持不变D.电场力对小球所做的功为零9．(多选)如图所示，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C(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．用绝缘导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触D．使验电器A靠近B12．(多选)如图所示，在两个带等量异种电荷的绝缘导体球之间，对称地放着两个相同的导体棒ab、cd，则下列叙述正确的是（）A．导体棒ab是电势一定高于导体棒cd的电势B．若用导线将a、d连接起来，有电流沿导线从a流向bC．若将右端带负电的导体球接地，则它的负电荷全部流入大地D. 若将右端带负电的导体球接地，则它的负电荷还将保留一部分。
1.7 静电现象的应用
(1)处于静电平衡状态的导体，内部____________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________．
二、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________．
达标检测
A类
1．用一根跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒，靠近不带电验电器的金属小球a（图1），然后用手指瞬间接触一下金属杆c后拿开橡胶棒，这时验电器小球A和金箔b的带电情况是( )
A．a带正电，b带负电B．a带负电，b带正电
C．a、b均带正电D．a、b均带负电E．a、b均不带电
2．在一个导体球壳内放一个电量为＋Q的点电荷，用Ep表示球壳外任一点的场强，则( )
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)________，凹陷的位置________电荷．
三、尖端放电
1．电离：使空气分子中的________分离，这种现象叫做空气的电离．
2．尖端放电：导体尖端的电荷密度很大，附近的____________很强，使周围中性空气分子电离，变成带电粒子，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____________，与导体尖端的电荷符号相反的粒子被________到尖端，跟尖端上的电荷________，这相当于尖端________电荷，这种现象叫做尖端放电．
图2
答案如图所示.
解析圆盘A处于静电平衡状态，因此内部各点的合场强都为零，即圆盘A内的每一点处，感应电荷产生的电场强度都与点电荷＋Q在那点产生的电场强度大小相等、方向相反．
例2如图3所示为一空腔球形导体(不带电)，现在将一个带正电的小金属球A放入空腔中，当静电平衡时，图中a、b、c三点的场强E和电势φ的关系是( )
新人教版物理课件：1.7静电现象的应用
在强电场作用下，物体曲率大的地方 (如尖锐、细小的顶端，弯曲很厉害处)附 近，等电位面密，电场强度剧增，致使这 里空气被电离而产生气体放电现象，称为 电晕放电．而尖端放电为电晕放电的一种， 专指尖端附近空气电离而产生气体放电的 现象
应用：避雷针
四、静电屏蔽现象
静电屏蔽实验
静电屏蔽的应用
静电屏蔽的应用
-
E’
+
E
思考 （1）金属导体的微观结构如何？ 将金属导体放入电场中 （2）自由电子怎样移动？ （3）自由电子会在什么地方积聚？ （4）电子的积聚会出现怎样的结果？ （5）最终会出现怎样的现象？
-
E合=0
+
E
一、静电平衡的特点
1、处于静电平衡状态下的导体，内部的场 强处处为零。
2、处于静电平衡状态的整个导体是个 等势体，它的表面是个等势面。 3、导体外表面处场强方向必跟该点的 表面垂直。
地球是一个极大的导体，可以认为处于 静电平衡状态，所以它是一个等势体。这是 我们可以选大地做零电势体的一个原因。
二、导体上的电荷分布：
法 拉 第 圆 筒 实 验
结论: 平衡时导体内部没有电荷，其电荷只分布在外表面.
思考： 电荷导体外表面的分布又是怎样的呢？
均匀球形导体
三、尖端放电 导体尖端的电荷密度很大，附近的 电场特别强，它会导致一个重要的后果， 就是尖端放电。
1.7静电现象的应用
思考 （1）金属导体的微观结构如何？ 将金属导体放入电场中 （2）自由电子怎样移动？ （3）自由电子会在什么地方积聚？
-
-
-
-
E
思考 （1）金属导体的微观结构如何？ 将金属导体放入电场中 （2）自由电子怎样移动？ （3）自由电子会在什么地方积聚？ （4）电子的积聚会出现怎样的结果？ E合= E -E’
人教版物理选修3-1 1.7 静电现象的应用
1.7 静电现象的应用一静电平衡状态下导体的电场1.静电感应现象如图甲所示，将一带电的金属导体放到场强为 E0的静电场中，导体内的自由电子在静电力的作用下逆着电场线定向移动，使导体一侧聚集负电荷，而导体另一侧却聚集等量的正电荷，这种现象就是静电感应现象。
2.静电平衡状态如图乙所示，金属导体中自由电子受到导体周围电场的静电力作用后向左移动，在右侧出现多余正电荷，导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场反向的电场，因与原来的电场反向，叠加的结果是使原场强逐渐减弱，直到导体内部各点的合场强等于零为止，于是导体内的自由电子不再发生定向移动，我们就说导体达到了静电平衡状态，如图丙所示。
3.静电平衡状态的特点（1）处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零。
导体内部每一点都有两个场强，叠加的结果使得该点合场强为零。
不能说导体内部没有电场。
电势具有相对性，取决于零电势点的选取，故导体的电势不一定为零。
（2）导体表面任一点的场强方向与该处的表面垂直。
（3）处于静电平衡的导体是个等势体，导体表面是个等势面，电荷在等势体内或等势体表面运动时，电场力不做功。
（4）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。
二静电平衡状态的导体上电荷的分布尖端放电1.带电导体导体内部没有电荷，静电荷只能分布在外表面上，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，凹陷的地方几乎没有电荷。
2.带电球壳所有电荷都分布在球外表面上，球壳内部没有静电荷；球壳内场强为零；如果在球壳内部放入电荷，则电场线在球壳上中断。
3.尖端放电（1）空气的电离导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使分子中的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。
（2）尖端放电中性分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。
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感应电荷电场强度
2、静电平衡
发生静电感应的导体，当感应电荷产生的 附加电场E’和原电场E在导体内叠加为零，即 E’=E时，自由电子停止定向移动，这时导体所 处的状态叫静电平衡状态。
－ － － － － － ＋ ＋
E
－ － － ＋ ＋ ＋
E合=0
＋ ＋ ＋ ＋
E
2、静电平衡
发生静电感应的导体，当感应电荷产生的 附加电场E`和原电场E在导体内叠加为零，即 E’=E时，自由电子停止定向移动，这时导体所 处的状态叫静电平衡状态。
屏蔽线
屏蔽袋
1、长为L的导体棒原来不带电，现将一带电量为＋q 的点电荷放在距导体棒左端R处，如右图所示，当导 体棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒内中点处 产生的场强大小等于________，方向________．
解析： 导体处于静电平衡状态时，导体内部合场 强为零，这是点电荷q所形成的电场与棒两端出现的 感应电荷所形成的附加电场在棒中叠加的结果，即E 合＝E1＋E2＝0.
－ － － － － － ＋ ＋
E
E
＋ － － E合=0＋ － ＋
E合=0
＋ ＋ ＋ ＋
静电平衡条件
（1）导体内部任何一点处的电场强度为零； （2）导体表面处的电场强度的方向,都与导体表面垂直.
导 体 是 等 势 体
E dl U E dl 0
导体内部电势相等
把金属导体放在外电场中，由于导体内的自由 电子受电场力作用而定向移动，使导体两端分别出 现等量的异种感应电荷的现象叫静电感应。
+
+
+
+ +பைடு நூலகம் ++ +
感应电荷
2、静电平衡
E 0
E0 ＇ E
+ + + + + + + +
E0
＇ E E0 E 0
导体内电场强度
外电场强度
问题的提出
• 1为什么把鸟放入一个用金属网制 成的鸟笼中，再把鸟笼放入高压电 场中，鸟会安然无恙呢？ • 2为什么坦克敢闯高压电网，难道 坦克兵不怕触电吗？
1、什么叫静电感应现象?
2、静电感应的实质是什么? 3、金属导体中的自由电荷是什么? 4、电荷为什么会定向移动?
静电场中的导体
1、静电感应
如右图所示，处于静电平衡状态的导体
【特别提醒】 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，在人触摸导体的过程 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．
导体的外壳对它的内部起到“保 护”作用，使它的内部不受外部电场 的影响，这种现象称为静电屏蔽。
+ +
导体表面是等势面
en
+
E
+
dl
+
+
eτ
U AB
AB
E dl 0
A
B
3、处于静电平衡状态导体的特点：
（1）导体内部的场强处处为零 （2）整个导体是一个等势体，表面是一个等势面
（3）导体外部电场线与导体表面垂直，表面场强
不一定为零 （4）导体所带的净电荷分布特点: a．内外表面分布不同，电荷都分布在外表面， 导体内部没有电荷． b．受导体的形状影响，电荷分布不均匀，越尖 锐的地方，电荷分布的密度越大，外部附近的 场强也越强．凹陷的位置几乎没有电荷。 c．“远近端”电荷的电性相反，电量相等．
现象
下图为一处于静电屏蔽状态的鸟笼
静电屏蔽的两种情况及本质
(1)导体内部不受外部电场的影响
• ①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． • 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．
(2)接地的封闭导体壳内部电场对壳外空间没有影响
+ • ①现象： a．如图甲导体壳没有接地时，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， 空间电场的电场线起于场源正电荷，终于导体壳内 表面负电荷，再起于导体壳外表面正电荷，终于无 穷远，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不 为零．
b.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，空间电场起于场源正电荷终于导体壳内表 面负电荷，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电场影响． • ②本质：仍然是静电感应，导体内表面感应电荷与 壳内电场在导体壳表面以外空间叠加结果为零．
1 ．静电平衡状态的导体内部场强处处为零，导体 的电势也为零，这种说法对吗？ 2．导体接地问题的理解方法——“等效法”．
提示： 对于这个问题，我们可以利用“等效法” 理解，导体接地后，把导体和大地等效为一个整体， 导体是“近端”，大地是“远端”，“近端”感应 出异种电荷，“远端”感应出同种电荷．
屏蔽服
4、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 右图所示，于是有( )
A．A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向 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
2、下图中P是一个带电体，N是一个不带电的金
属空腔，在下列情况下，放在绝缘板上的小纸屑 (图中S)不会被吸引的有( )
3、如右图所示为空腔球形导体(不带电)，现 将一个带正电的小金属球 A 放入腔内，静电平 衡时，图中a、b、c三点的场强E和电势φ 的关 系是( ) A．Ea＞Eb＞Ec，φa＞φb＞φc B．Ea＝Eb＞Ec，φa＝φb＞φc C．Ea＝Eb＝Ec，φa＝φb＞φc D．Ea＞Ec＞Eb，φa＞φb＞φc