1-7静电现象的应用
2014版高中物理 1-7静电现象的应用课件 新人教版选修3-1
●新课导入建议 站在金属笼中的人在电击下完好无损，这是为什么呢？避雷 针可以有效防止建筑物被雷击，这是为什么？通过本节课的学 习，就可以解决这些问题．
●教学流程设计 课前预习安排： 1.看教材 2.填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论 步骤1：导入新课，本节教学地位分析 步骤2：老师提问，检查预习效果可多提问几个学生
步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路
⇒ ⇒ ⇒
⇓
步骤7：完成“探究3”重在讲解【规律总结】技巧 ⇐ 步骤6：师生互动完成“探究2”方式同完成“探究1”相同 ⇐ 步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评 ⇐ 步骤4：教师通过例题讲解总结静电平衡的实质及特点 ⇓ 步骤8：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况 ⇒
④带电的导体内部没有电荷，电荷分布在导体的 外表面 ．且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 ．
2．思考判断 (1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为 零．( √ ) (2)静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，导体的电势 也为零．( × ) (3)因为外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合 电场为0，所以处于静电平衡的导体内部电场处处为0.( √ )
重
点
难
点
1.掌握静电平衡的概 念，理解静电平衡的 特征．(重点) 2.应用静电平衡的知 识，认识导体的电荷 分布特点、尖端放电 现象、静电屏蔽现 象．(难点)
静电平衡状态下导体的电场
1.基本知识 (1)静电感应现象 把导体放入电场，导体内部的 自由电荷 在电场力作用下定 向移动，而使导体两端出现 等量异种 电荷的现象．
(2)静电平衡状态下的导体的电荷分布特点 ①净电荷都分布在导体的表面，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． 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．
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'
人教版高中物理选修31课件：第一章 静电场 7 静电现象的应用
(
A.导体上a、b两端的电势高低关系是φa=φb
B.导体上a、b两端的电势高低关系是φa<φb
C.导体内部c、d两点的场强大小关系是Ec=Ed=0
图1-7-7
D.感应电荷在导体内部c、d两点产生的场强大小关系是Ec'>Ed'≠0
)
自我检测
[答案] B
[解析]枕形导体达到静电平衡后整个导体是个等势体,内部场强处处为零,选项A、
态,感应电荷在圆盘中A点激发的
应电荷在圆盘中A点所激发的附加场强E'的方
附加场强E'应与-Q在A点产生的
向的是图1-7-6中的
场强等大反向,选项A正确.
图1-7-6
(
)
自我检测
4. (静电现象)如图1-7-7所示,将一不带电的绝缘枕形导体P放在正电荷Q形成的
电场中,导体P的a、b两端分别带上了等量的负电荷与正电荷,另外,导体内部还
接地的大金属板,A为金属板内一点,B为金属板左侧
外表面上一点,下列对金属板上的感应电荷分别在A
点和B点产生的场强方向的判断正确的 (
)
A.感应电荷在A点的场强沿E1方向
B.感应电荷在A点的场强沿E2方向
C.感应电荷在B点的场强可能沿E3方向
D.感应电荷在B点的场强可能沿E4方向
图1-7-2
学习互动
[答案] BC
[解析]金属板内的电场强度处处为0,则感应电荷的电场与点电荷的电场等大反
向,即感应电荷在A点的场强沿E2方向,选项B正确;金属板表面的电场强度垂直于
金属板表面向外,即感应电荷的电场与点电荷的电场的合场强垂直于金属板向左,
则感应电荷在B点的场强可能沿E3方向,选项C正确.
1.7静电现象的应用 课件(人教版选修3-1) (1)
靠近金属网罩,验电器的箔片是否张开?此现象说明了
什么?
提示：①金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电 器靠近金属网罩，验电器箔片张开.
②此现象说明网罩内带电体产生的电场能使外界受到
影响.
(2)如图所示，原来金属网罩不带电,罩内小球带正电, 现把金属网罩接地,则验电器的箔片是否张开?此现象
说明了什么?此现象的本质是什么?
负电.因此，空心球C外壁和带电小球B是异种电荷，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，它的位置不变.
【典例3】如图所示，在真空中 有两个点电荷A和B，电荷量分别
为-Q和+2Q，它们相距为l.如果在两点电荷连线的中点
O有一个半径为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点处的场强大小为____，方向 ____.
带电的金属球壳？
【解析】因为静电平衡时，导体所带电荷分布在外表 面，故可以让带电小球和金属导体壳内壁相接触. 答案：见解析
6.（5分）一个空心金属球A带5×10-4 C的正电荷，一 个有绝缘柄的金属小球B带有2×10-4 C的正电荷，将B
球放入A球壳内与内壁接触，静电平衡后，A、B球分别
带的电荷量为：QA=____，QB=____.
电荷中和.（这相当于导体从尖端失去电荷）
2.探究分析下列两个问题. (1)如图所示使带正电的金属球靠近验电器,验电器的
箔片是否张开?此现象说明了什么?
提示：①使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔 片张开. ②此现象说明了验电器受到附近带电体的影响.
(2)现用一个金属网罩把验电器罩住,再让带电金属球 靠近验电器，如图所示,验电器的箔片是否张开?此现 象说明了什么?此现象的本质是什么?
静电现象的应用
静电现象的应用1.通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，了解静电平衡的概念,知道静电平衡的导体的特征。
2.通过实验了解静电平衡时带电导体上电荷的分布。
3.了解尖端放电和静电屏蔽现象,关注生活、生产中的静电现象。
1静电平衡的定义当导体内部各点的①合电场强度等于O时,导体内部的_②自由电子—不再发生—③定向—移动。
这时我们就说导体达到了静电平衡。
4.处于静电平衡的导体的特征(1)处于静电平衡状态的导体，内部的电场处处为—稣O(2)处于静电平衡状态的导体,其外表面附近任何一点的电场强度方向必定与这点表面_《理直_O(3)处于静电平衡状态的整个导体是个—鸥势一体,它的表面是个窗势面—，5.静电平衡时导体上的电荷分布特点(D导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的—鳏面。
(2)在导体的外表面,越—酶锐—的位置电荷的密度越大,J≡I陷的位置几乎没有电荷。
6.尖端放电导体的尖端附近的电场很_工强,会使周围空气电离，电离产生的与导体尖端的电荷符号_文相反—的粒子与尖端上的电荷_M中和相当于导体从尖端失去电荷,这种现象叫作尖端放电。
7.静电屏蔽由于导体壳内部的电场强度保持为—二零—,壳外电场不会对壳内仪器产生_士影响,金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。
主题i：探究静电平衡阅读教材中“静电平衡状态下导体的电场”部分的内容,参看下图回答下列问题。
(1)金属导体的微观结构如何？(2)如图甲所示,金属导体在电场其中自由电子怎样移动？(3)如图乙所示,导体内自由电子是否会一直定向移动？(4)如图丙所示，当导体力池的两面分别聚集正负电荷时,会出现什么结果？主题2:导体上电荷的分布观察实验现象：实验1,实验2,阅读教材中“导体上电荷的分布”的相关内容,试回答处于静电平衡的导体上电荷的分布情况有什么特点。
结论：主题3:尖端放电阅读教材中“尖端放电”部分的内容,思考并回答下列问题。
(1)为什么导体尖端附近的空气容易发生电离？(2)“尖端放电”是不是导体尖端的电荷跑到空气中去了？(3)联系实际生产、生活,有什么地方利用和避免产生“尖端放电”？主题4:静电屏蔽阅读教材中的相关内容,回答下列问题。
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1－7－22．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 2k.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×9×109C/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)24m 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 AD3．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 CC ．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拓展探究在一个导体球壳内放一个电荷量为＋Q的点电荷，用E p表示球壳外任一点的场强，则()A．当＋Q在球壳中央时，E p＝0 B．不论＋Q在球壳内何处，E p一定为零C．只有当＋Q在球心且球壳接地时，E p＝0 D．只要球壳接地，不论＋Q在球壳内何处，E p一定为零答案 D解析如果球壳不接地，球壳内部放入的电荷会产生电场，这个电场周围的导体会感应出电荷，形成新的电场．带电球壳的特点是：①所有电荷都分布在球外表面上，球壳内部没有净电荷．②球壳内场强为零．③如果在球壳内部放入电荷，则电场线在球壳上中断.题型二静电平衡一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是下图中的哪一个()思维步步高在金属球内部的电场分布情况如何？球壳起到什么作用？在球壳外还有没有电场存在？如果有，电场指向什么方向？解析在球壳内、外表面之间不会有电场存在，球壳的内表面上应该分布的是负电荷，外表面上应该分布的是正电荷，所以B选项正确．答案 B拓展探究如果把该电荷移到球壳外，请叙述一下电场的分布情况．答案当电荷移动到球壳以外之后，球壳对电场产生屏蔽，球壳内部没有电场线．导电体放在导体内部，导体内壁感应出电荷，根据电荷守恒定律，外壁和内壁所带电荷性质相反；当电荷放在导体外部，靠近导体处感应出异种电荷，根据电荷守恒定律，远离导体处感应出同种电荷.一、选择题1．人们在晚上脱衣服时，有时会看到火花四溅，并伴有“劈啪”声，这是因为()A．衣服由于摩擦而产生了静电B．人体本身是带电体C．空气带电，在衣服上放电所致D．以上说法均不正确答案A解析若我们身穿含有化纤成分的衣服，且始终在运动，使衣服与衣服之间、衣服和皮肤之间不停地摩擦，在摩擦中会使衣服上带有异种电荷．在脱衣服时正电荷和负电荷碰到一起就产生放电现象，于是我们听到“劈啪”的放电声音，若是晚上还可以看见火花四溅的现象．2．一金属球，原来不带电，图1现沿球直径的延长线放置一点电荷，如图1所示．球内直径上a、b、c三点场强大小分别为E a、E b、E c，三者相比()A．E a最大B．E b最大C．E c最大D．E a＝E b＝E c答案 D3．如图2所示，图2把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中．导体处于静电平衡时，下列说法正确的是() A．A、B两点场强相等，且都为零B．A、B两点场强不相等C．感应电荷产生的附加电场E A<E B D．当电键S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动答案AD解析处于静电平衡状态的导体内部合场强为零，所以A选项正确．当电键闭合，导体和大地是一个整体，导体处于这个整体的尖端，把负电荷从地球上吸引过来，所以D选项正确．4．如图3所示，金属球壳原来带电，而验电器原来不带电，现将金属球壳内表面与验电器的金属小球相连．验电器的金属箔将()图3A．不会张开B．一定会张开C．先张开，后闭合D．可能张开答案 A5．如图4所示，两个相同的空心金属球M和N，M带－Q电荷，N不带电(M、N相距很远，互不影响)，旁边各放一个不带电的金属球P和R，当将带正电Q的小球分别放入M和N的空腔中时()图4A．P、R上均出现感应电荷B．P、R上均没有感应电荷C．P上有，而R上没有感应电荷D．P上没有，而R上有感应电荷答案D解析当将带正电Q的小球放入M的空腔中时，对M产生静电感应使M的内表面带负电，而外表面带正电，其电荷量为Q，它与原来金属球M外表面所带的－Q正好中和，使外表面不带电，实际上是M所带－Q被吸引至内表面，所以金属球M外部不存在电场，不能对P产生静电感应，P上没有感应电荷．当将带正电Q的小球放入原来不带电的N的空腔中时，对N产生静电感应，使N内表面带负电荷，N外表面带正电荷，N外部有电场，对R产生静电感应，使左端带负电，右端带正电．选项D正确．6．使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开．下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是()答案B解析带负(正)电的金属球靠近不带电的验电器时，在验电器上感应出异种电荷，验电器的顶端带上了正(负)电荷，金属箔片带上了负(正)电．7．如图5所示，图5A、B为两个带等量异号电荷的金属球，将两根不带电的金属棒C、D放在两球之间，则下列叙述正确的是()A．C棒的电势一定高于D棒的电势B．若用导线将C棒的x端与D棒的y端连接起来的瞬间，将有从y流向x的电子流C．若将B球接地，B所带的负电荷全部流入大地D．若将B球接地，B所带的负电荷还将保留一部分答案ABD解析由图所示的电场线方向可知A、B、C、D的电势高低为U A>U C>U D>U B.当用导线将C棒的x 端与D棒的y端连接的瞬间，将有自由电子从电势低的D棒流向电势高的C棒，这时C与D已通过导线连接为一个导体了，静电平衡后，它们的电势相等，C的x端仍带负电，D的y端仍带正电，而C的右端及D的左端均不带电，即C右端的正电荷与D左端的负电荷中和掉了．当将B球接地时，一部分自由电子从低于大地电势的B球上流向大地，而一部分电子受到D棒y端正电荷的吸引而保留在靠近y的近端处，如果把带正电的A球移走，接地的B球上的负电荷才全部流入大地．故选项A、B、D正确．二、计算论述题8．在正点电荷Q附近有两个绝缘导体M、N，由于静电感应发生了如图6所示的电荷分布，当用导线将a、d两点连接起来时，导线中是否有电流流过，如果有电流，电流的方向是怎样的？图6答案有a→d的电流9．如图7所示，图7在孤立点电荷＋Q形成的电场中，金属圆盘A处于静电平衡状态．若金属圆盘平面与点电荷在同一平面内，试在圆盘内作出由盘上感应电荷形成的附加电场的三条电场线(用实线表示，要求严格作图)答案见解析图解析画出感应电荷形成的附加电场在圆盘内的三条电场线(实线)，如下图所示．圆盘A处于静电平衡状态，因此内部每点的合场强都为零，即圆盘A内的每一点，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，即感应电荷产生的电场线与点电荷Q产生的电场线重合，且方向相反(注意图中的虚线是为了确定A内的实线而画出的，它并不表示A外部的电场线)．10．为研究静电除尘，有人设计了一个盒状容器，容器侧面是绝缘的透明有机玻璃，它的上下底面是面积S＝0.04 m2的金属板，间距L＝0.05 m，当连接到U＝2 500 V的高压电源正、负两极时，能在两金属板间产生一个匀强电场，如图8所示．现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在容器内，每立方米有烟尘颗粒1013个，假设这些颗粒都处于静止状态，每个颗粒带电荷量为q＝＋1.0×10－17C，质量为m＝2.0×10－15kg，不考虑烟尘颗粒之间的相互作用和空气阻力，并忽略烟尘颗粒所受重力．求合上电键后：图8(1)经过多长时间烟尘颗粒可以被全部吸附？(2)除尘过程中电场对烟尘颗粒共做了多少功？(3)经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大？答案(1)0.02 s(2)2.5×10－4 J(3)0.014 s解析(1)由题可知，只要上板表面的烟尘能被吸附到下板时，烟尘即被认为全部吸收．烟尘所受静电力为F＝qU/L，L＝12at2＝12Fm t2＝qUt22mL得t＝2mqU L＝0.02 s(2)由于板间烟尘颗粒均匀分布，可以认为烟尘的质心位于板间中点位置，因此，除尘过程中静电力对烟尘所做总功为W＝12NSLqU＝2.5×10－4 J.(3)解法一 设烟尘颗粒下落距离为h ，则板内烟尘总动能E k ＝12m v 2·NS (L －h )＝qULh ·NS (L －h )．当h ＝L2时，E k 达最大．又据h ＝12a 21t则t 1＝ 2h a ＝ mqUL ＝0.014 s解法二 假定所有烟尘集中于板中央，当烟尘运动到下板时，系统总动能最大． 则L 2＝12at 21 所以t 1＝ mqUL ＝0.014 s补充训练1.A 如图所示，将一个导体棒靠近一个带正电的验电器的金属小球，发现验电器张角逐步减小，由此可断定导体原来一定( )A .带正电B .带负电C .不带电D .无法确定答案:B2.B 如图所示，接地金属球A 的半径为R ，球外有一个带电荷量为Q ，到球心O 的距离为r 的点电荷.则该点电荷在球心O 处产生的场强大小等于( )A .22R Qk r Q k- B .22R Qk r Q k+C .0D .2rQ k答案:D3.B 一个金属球原来不带电，现沿着球的直径的延长线放置一个均匀带电细杆MN ，如图所示则金属球上感应电荷所产生的电场在球内直径上a 、b 、c 三点的场强大小E a 、E b 、E c 的大小关系为()A .E a 最大B .E b 最大C .E c 最大D .E a =E b =E c答案:C4.B 如图所示，Q 为一带正电的点电荷，P 为原来不带电的枕形金属导体，a 、b 为导体内的两点.当导体P 处于静电平衡状态时()A .a 、b 两点的场强大小E a 、E b 的关系为E a >E bB .E a 、E b 的大小关系E a =E b =0C .感应电荷在a 、b 两点产生的场强大小E a ′和E b ′的关系是E a ′>E b ′D .感应电荷在a 、b 两点产生的场强大小E a ′和E b ′的关系是E a ′=E b ′ 答案:BC5.B 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 点产生的场强恒大于在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 答案:AC6.C 如图，在两个固定电荷+q 和-q 之间放入两个原来不带电的导体，1、2、3、4为导体上的四个点.在达到静电平衡后，各点的电势分别为φ1、φ2、φ3、φ4，则( )A .φ4>φ3>φ2>φ1B .φ4=φ3>φ2=φ1C .φ4<φ3<φ2<φ1D .φ4=φ3<φ2=φ1答案:B二、填空题(每空6分，共30分)7.B 如图所示，带电荷量分别为+Q 和-Q 的两个点电荷a 与b 相距L ，在a 与b 间放置一个原来不带电的导体P .当导体P 处于静电平衡状态时，感应电荷在a 、b 连线的中点c 处(c 在导体P 内)产生的电场强度大小为______，方向为______ 答案:28L kQ ;沿ba 连线向左8.B 如图所示，a 为一带电荷量q =1.0×10-5C 的正点电荷，b 为一原来不带电的导体，c 、d 为导体b 内的两点，这两点到点电荷a 的距离都等于10cm .当导体b 处于静电平衡状态时，导体内的感应电荷在c 点和d 点产生的场强大小分别为E c =______N ／C ，E d =______N ／C .请在图中画出感应电荷在c 、d 两点产生的场强的方向.答案:9×106;9×106;图略9.C 如图所示，处于静电平衡状态下的导体内部有a 、b 两点，则将某电荷从a 匀速移到b 的过程中，外力所做的功为______ 答案:0三、计算题(每小题17分，共34分)10.B 如图所示，长为L 的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为q 的点电荷放在距棒左端R 处，当达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内距右端L 31处产生的场强大小为多少? 答案:2)32(9R L kq E E +=='11.C 如图所示，空间存在一方向竖直向下的匀强电场.长L =0.5m 的绝缘细线一端固定于电场中的O 点，另一端系一带电荷量q =+4×10-5C 、质量m =0.1kg 的小球在竖直平面内做圆周运动已知当小球以速率v =4m ／s 通过最高点A 时，绝缘细线中的张力为2N ，求匀强电场的场强大小(取g =10m /s 2)答案:带电小球在最高点受到重力G ，拉力T ，电场力qE ，由牛顿运动定律得C N E Lv m T qE mg /105,32⨯==++。
1.7静电现象的应用
练习
当导体达到静电平衡状态时，其场强的特 征是：( C ) A.外电场E0消失。 B.感应电荷产生的电场E'为零。 C.导体内部合场强E内 = E0 + E'=0。 D.导体表面和内部场强均为零。
：
其表面场强能否如图所示？ E
+ + + + + + + +
-
-
-
-
-
-
-
结论：导体处于静电平衡状态时，
其外部表面附近任何一点的场强方向 跟该点的表面垂直。 E
+ + + + + + + + -
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
7、静电现象的应用
静电平衡状态下导体的电场
1、静电感应
把一个不带电的金属导体放到场强为E0的中电场，由于导体内 的自由电子受电场力作用而做定向移动，使导体表面出现感应 电荷的现象叫静电感应。 A D
E0
B
C
2.静电平衡
1、导体中自由电荷 在电场力作用下将发 生定向移动.
-
E0
-E' -E'
-
-
E'
（1）导体内部没有电荷，电荷只分布在 导体的外表面 （2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷 密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷 的位置几乎没有电荷
思考： 电荷在导体外表面的分布又是怎样的呢？
均匀球形导体
尖端放电
尖端放电的原理是什么？
导体尖锐部位的电荷特别密集，尖端附近的电场特别强， 空气中的带电微粒在电场力的作用下剧烈运动会把空气 分子撞“散”，使分子中的正负电荷分离，这种现象叫 电离。
人教版选修3-1 1.7 静电现象的应用 作业
1.7静电现象的应用作业一、选择题(1～3题为单选题，4～9题为多选题)1．在医疗手术中，为防止麻醉剂乙醚爆炸，地砖要用导电材料制成，医生和护士要穿由导电材料制成的鞋子和外套，一切设备要良好接地，甚至病人身体也要良好接地，这样做是为了()A．除菌消毒B．消除静电C．利用静电D．防止漏电答案：B解析：医生和护士要穿由导电材料制成的鞋子和外套是为了将身上的静电导走，B正确。
2．避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是()A．云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地B．避雷针的尖端向云层放电，中和了云层中的电荷C．云层与避雷针发生摩擦，避雷针上产生的电荷被导入大地D．以上说法都不对答案：B解析：云层在靠近避雷针时，在避雷针尖端感应出与云层中的电荷电性相反的电荷，达到一定程度就向空中放电，中和云层中的电荷，从而避免雷击，所以选项B正确。
3.一金属球，原不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电细杆MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为E a、E b、E c，三者相比()A．E a最大B．E b最大C．E c最大D．E a＝E b＝E c答案：C解析：金属球处在带电细杆的电场内，静电平衡时，带电细杆和金属球上感应电荷在球内各处产生的合场强为零。
设带电细杆在球内a、b、c三点产生的场强分别为E a′、E b′、E c′，静电平衡时满足条件E a′－E a＝0，E b′－E b＝0，E c′－E c＝0。
由于c点离带电细杆最近，带电细杆在c点的场强最大，因此感应电荷在c点产生的场强也最大。
4．如图所示是静电除尘的原理示意图。
A为金属管，B为金属丝，在A、B之间加上高电压，使B附近的空气分子被强电场电离为电子和正离子，电子在向A极运动过程中被烟气中的煤粉俘获，使煤粉带负电，最终被吸附到A极上，排出的烟就比较清洁了。
有关静电除尘的装置，下列说法正确的是()A．金属管A应接高压电的正极，金属丝B接负极B．金属管A应接高压电的负极，金属丝B接正极C．C为烟气的进气口，D为排气口D．D为烟气的进气口，C为排气口答案：AC解析：电子向A极运动，根据负电荷由低电势点向高电势点运动知A正确，B错误；烟气由低空向高空升起，所以C为进气口，D为排气口，C正确，D错误。
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• 练习2：
如图长为L的薄空腔导体棒原来不带电，现 将一电荷量为+q的点电荷放在与棒的左端 距离为R的地方。达到静电平衡后，棒上的 感应电荷在棒内中点O处产生的场强有多大？ 方向如何？
解析： 达到静电平衡后
q
+
R
O
E感 L
E源
导体内部处处场强为零。
E感 E源
2）导体表面越尖锐的位
置电荷越密集凹陷的位置
几乎没有电荷。
A
A
B
(三）尖端放电
1.空气的电离：
强电场使空气分子中正负电荷分离的现象。
2.尖端放电：
在强电场作用下，物体尖端部分发生的一种 放电现象。
阅读：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，等电势面密，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。
3.尖端放电的应用——避雷针 导体尖端电荷密度大 尖端周围电场强 空气电离 尖端放电
（四）静电屏蔽
1.空腔导体的特点:
空腔导体能把外电场挡住，空腔内没有电场， 空腔内不受外电场的影响。
E导体=0
放入电场E中带空腔导体
E空腔=0
2.静电屏蔽 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。 3.静电屏蔽应用：
四 、 课
部开孔，有两只带正电的金属球B、C用金 属导线连接，让B球置于球壳A的空腔中与 内表面接触后又提起到如图所示的位置，C 球放在A球壳外离A球较远，待静电平衡后，
时 训
正确的说法是 ( ) BC A、B、C球都带电
练 B、B球不带电，C球带电
C、让C球接地后，B球带负电
D、C球接地后，A球壳空腔中场强为零
• 练习4：
四 在一个导体球壳内放一个电量为＋Q的点电
、 课
荷，用E表示球壳外任一点的场强，则( )
D
时 A、当＋Q在球壳中央时，E＝0
训 B、不论＋Q在球壳内何处，E一定为零 练 C、只有当＋Q在球心且球壳接地时，E＝0
D、只要球壳接地，不论＋Q在球壳内何处， E一定为零
• 练习5：
如图所示，一带正电的绝缘金属球壳A，顶
超高压带电作业的工人穿戴的工作服，是用包 含金属丝的织物制成的。
+
电子仪器外套金属网罩；通讯电缆外包一层铅皮等。
练习1： 如图所示在真空中把一与外界绝缘
的导体AB向带负电的小球缓慢的靠近时，下
列说法正确的是（
）
AC
A、B端的感应电荷越来越多 A M N B - P
B、导体内部场强越来越大
C、导体的感应电荷在M点产生的场强小于在 N点产生的的场强
E源
K
(R
q L)2
2
方向：如图所示
E感
K
(R
q L)2
2
1、静电平衡状态下导体的电场 概念：静电平衡、静电屏蔽、静电感应 静电平衡条件：导体内部的场强处处为零。
课 2、导体上电荷的分布 1）导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面。
时 2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大。 小 结 3、尖端放电
地构成等势体，A与B不在
等势，A的内部到B也将有
电场， 选BC
• 练6：解析：
• B项：B接触A的内表面，A的部分正电荷到
四 B再通过导线到C，此时ABC构成等势体，
、 但是由于B在A内部，所以并不带电，此时
课 时
带正电荷的是A的外表面和C！再将B离开A， 只要不拿到A的外面，这个过程中电荷不会 移动，因为系统还是平衡的。
训 练
•
C项：球接地后，接地相 当于无穷远端，此时BC和
尖端放电现象、应用。 4、静电屏蔽
静电屏蔽现象、应用。
• 练习3：
有一绝缘空心金属球A，带有4×10－6C的正 电荷，一个有绝缘柄的金属小球B，带有 2×10－6C的负电荷，若把B球跟A球的内壁 相接触，如图所示，
则B球上电量为＿＿0＿＿C，
A球上电荷量为＿2＿X1＿0-6＿C， 分布在外＿表＿面＿＿。
第七节 静电现象的应用
(一）静电平衡状态下导体的电场
-
+ +
E0
-+
-
E感
+ +
E0
-
+
-
E感
+ +
E0
-
+
E合=E外+E感=0 此后导体内电荷不再发生转移，达到静电平衡
(二)静电平衡导体上的电荷分布
法拉第圆通实验： • 实验结论：
1）导体内部（内表面） 没有净电荷,电荷分布在 导体的外表面；
带电圆筒