高中物理(人教版)选修3-1同步教师用书： 第1章 7 静电现象的应用

7 静电现象的应用
[先填空]
1．静电感应现象
把导体放入电场，导体内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：导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部各点的合电场等于零，导体内的自由电子不再发生移动的状态．
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．
4．静电平衡导体上的电荷分布
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．
[再判断]
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.(√)
[后思考]
如图1-7-1所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内，小球带不带电？
图1-7-1
【提示】不带电．小球放入金属空腔球壳内，平衡后，电荷只分布在金属空腔球壳的外表面．
[合作探讨]
如图1-7-2所示，将一个不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动．
图1-7-2
探讨1：自由电子将向哪个方向移动？试说明导体左、右两侧各呈现什么电荷．
【提示】自由电子受向左的电场力，向左运动，左侧呈现负电荷，右侧呈现正电荷．
探讨2：自由电子能否一直运动？为什么？
【提示】自由电子不会一直运动．因为感应电荷的电场和外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子将停止定向移动．[核心点击]
1．对静电平衡的三点理解
(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动．
(2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的．
(3)导体达到静电平衡后内部场强处处为零是指外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合场强为零，E′＝－E.
2．处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点
(1)净电荷只分布在导体表面，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，近异远同，如图1-7-3甲所示．
(3)净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示．
图1-7-3
1．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子内部产生的电场分布情况正确的是()
【导学号：34522014】
【解析】金属盒内部由于处于静电平衡状态，因此内部每点的合电场强度都为0，即金属盒内的每一点，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.
【答案】 C
2.(多选)如图1-7-4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(不相接触)时，下列说法中正确的是()
图1-7-4
A ．
B 端的感应电荷越来越多 B ．导体内部电场强度越来越大
C ．导体的感应电荷在M 点产生的电场强度大于在N 点产生的电场强度
D ．导体的感应电荷在M 、N 两点产生的电场强度相等
【解析】 绝缘导体移近带负电的小球P 时，导体中的自由电子受到带负电小球P 产生的电场的作用力变大，使自由电子不断地向B 端移动，AB 两端的感应电荷不断增多，故选项A 正确．
由于导体AB 是缓慢移动，导体处于静电平衡是在很短的时间内完成的，缓慢移动过程中的各个状态带负电小球P 产生的电场和导体AB 上感应电荷的电场叠加的结果均会使导体内部各处的合电场强度总等于零，故选项B 错误．
M 点距小球P 的距离比N 点要近，由E ＝k Q
r 2可知，带负电小球P 在M 点产生的电场强度大于在N 点产生的电场强度．而导体内部的合电场强度处处为零，那么导体上的感应电荷在M 点产生的附加电场的电场强度就大于在N 点产生的附加电场的电场强度，故选项C 正确，D 错误．
【答案】 AC
对静电平衡问题的两点提醒：
(1)一个孤立的带电体，处于静电平衡时电荷只能分布在外表面.
(2)净电荷是指导体内未被中和抵消的剩余电荷，感应电荷是指由于静电感应而使导体两端出现的等量异种电荷.
[先填空]
1．电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的场强很强，空气中的带电粒子剧烈运动，使空气分子被撞“散”而使正、负电荷分离的现象．2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象．
3．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场处处为0，外电场对壳内不会产生影响．
4．尖端放电和静电屏蔽的应用、防止
(1)尖端放电
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，减少电能的损失．
(2)静电屏蔽的应用
①电学仪器和电子设备外面会有金属罩，通讯电缆外面包一层铅皮，可以防止外电场的干扰．
②电工高压带电作业时，穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋子，可以对人体起到静电屏蔽作用，使人安全作业．
[再判断]
1．避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地．(×)
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．飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地．(√) [后思考]
为什么安装了防盗网的室内手机信号不好，没安防盗网的室内手机信号好？
【提示】若把手机放入金属网罩中，金属网罩对手机信号起到屏蔽作用，安装防盗网对手机信号有一定影响．故安装了防盗网的室内手机信号不如没安防盗网的室内手机信号好．
[合作探讨]
如图1-7-5所示，为带有高电压的法拉第笼，笼内站有几名同学．
图1-7-5
探讨1：法拉第笼内各处的电场强度是多大？
【提示】处处为零．
探讨2：为什么在带高电压的笼内的人安然无恙？
【提示】法拉第笼外壳是金属，能起屏蔽作用，所以在带高电压的笼内的人安然无恙．
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静电屏蔽的两种情况
3．如图所示，金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，不能起到屏蔽外电场或内电场作用的是()
【解析】A图中，由于金属壳发生静电感应，内部场强为零，金属壳起到屏蔽外电场的作用；B图中金属壳同大地连为一体，同A一样，外壳起到屏蔽外电场的作用；C中电荷会引起金属壳内外表面带电，外表面电荷会在壳外空间中产生电场，即金属壳不起屏蔽作用；D中将金属壳接地后，外表面不带电，壳外不产生电场，金属壳起屏蔽内电场的作用．
【答案】 C
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1-7-6所示．下列说法正确的是()
【导学号：34522015】
图1-7-6
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】球C对外界电场有静电屏蔽作用，使处于C内部的A球不受外界电场影响，所以A不偏移；但A在C的外表面感应出正电荷，也就是C不能屏蔽内部电荷向外激发电场，所以B将向右偏，B正确．
【答案】 B
对静电屏蔽问题的三点提醒
(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．
(3)对静电平衡，要理解导体达到静电平衡时所具有的特点．。