(人教版)2021年新高二物理暑假精品讲义-第十讲 静电现象的应用(学生版)

【暑假辅导班】2021年新高二物理暑假精品课程（人教版）第十讲静电现象的应用【基础知识梳理】知识点一、静电平衡1．静电平衡状态下导体的电场(1)静电感应现象：放在电场中的导体其内部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号电荷的现象。

(2)静电平衡状态：导体中(包括表面) 自由电子不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。

(3)静电平衡状态下导体的特点：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整个导体是一个等势体，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垂直。

(4)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受导体的形状影响，不光滑处电荷密度大．③“远近端”电荷的电性相反，电量相等．(a)如左图所示，处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较近和较远的两端将感应出等量的异种电荷，即“远同近异”．(b)如右图所示，当把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看做是一个大导体，有些问题中所提到的“用手触摸某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体．2．尖端放电、静电屏蔽(1)尖端放电：①尖端放电：空气被电离后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。

②应用和防止应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。

防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失。

(2)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屏蔽作用，使它内部不受外部电场影响的现象。

②静电屏蔽实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零而已．③应用：电子仪器和电子设备外面都有金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路的检修人员要穿屏蔽服等，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。

知识点二、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．知识点三、静电平衡两种情况的实现方法1．两种情况(1)导体内空腔不受外界影响，如图甲所示．(2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示．2．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．知识点四、静电屏蔽的本质1．导体内部不受外部电场的影响的情况(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．接地导体壳内部电场对壳外空间无影响情况(1)现象：①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，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电场影响。

(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。

【模型考点剖析】一、静电平衡1．静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧出现感应电荷的现象。

2．静电平衡：导体内的自由电子不再发生定向移动。

3．导体静电平衡时的特点：(1)内部电场强度处处为零；(感应电荷的场强E′等于外部场强E0，方向相反，则总场强等于0)(2)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)导体内部没有净剩电荷，电荷只能分布在导体的外表面；(4)在导体表面越是尖锐的地方，电荷的密度越大，周围的场强也越大。

二、尖端放电1．电离：静电平衡时，导体尖端的电荷密度很大，周围的电场强度很大，可以使空气中的带电粒子剧烈运动，并与空气分子碰撞使空气分子中的正、负电荷分离，这种现象叫作电离。

2．尖端放电：电离后的那些与导体尖端电荷符号相反的粒子，与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷，这种现象叫作尖端放电。

3．尖端放电的应用与防止(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，减少电能的损失。

三、静电屏蔽1．静电屏蔽的两种情况：(1)如左图，导体球壳在外界电场中达到静电平衡，空腔里的总电场处处为零，导体内空腔不受外界电荷影响，起到屏蔽外电场的作用。

(2)如右图，由于静电感应，导体球壳内外两侧感应出正负电荷，当球壳外部接地时，外表面的感应电荷传给地球，外界总电场处处为零，球壳外部不受内部电荷影响，起到屏蔽内电场的作用2．静电屏蔽的应用(1)把电学仪器放在封闭的金属壳里。

(2)野外三条输电线上方架设两条导线，与大地相连，把输电线屏蔽起来，避免受到雷击。

四、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．静电复印的工作过程：(1)充电：通过电源使有机光导体鼓带上正电。

(2)曝光：利用光学系统将原稿上字迹的像成在有机光导体鼓上，有字迹的地方保留正电荷。

(3)显影：带负电的墨粉被吸附在字迹成像处，显示出墨粉组成的字迹。

(4)转印：带正电的转印电极使白纸带上正电，带正电的白纸与有机光导体鼓表面墨粉组成的字迹接触，将带负电的墨粉吸附在白纸上。

(5)放电：使有机光导体放电，除去表面的残余电荷。

▲判一判(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)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。

(×)(4)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。

(×)(5)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。

(√)【真题分项演练】1．（2021·浙江高考真题）如图所示，在火箭发射塔周围有钢铁制成的四座高塔，高塔的功能最有可能的是（）A．探测发射台周围风力的大小B．发射与航天器联系的电磁波C．预防雷电击中待发射的火箭D．测量火箭发射过程的速度和加速度2．（2021·浙江高考真题）如图所示是某一带电导体周围的电场线与等势面，A、C是同一等势面上的两点，B是另一等势面上的一点。

下列说法正确的是（）A．导体内部的场强左端大于右端B．A、C两点的电势均低于B点的电势C．B点的电场强度大于A点的电场强度D．正电荷从A点沿虚线移到B点的过程中电场力做正功，电势能减小3．（2010·浙江高考真题）请用学过的电学知识判断下列说法正确的是A．电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B．制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C．小鸟停在单根高压输电线上会被电死D．打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险4．（2015·浙江高考真题）如图所示为静电力演示仪，两金属极板分别固定于绝缘支架上，且正对平行放置．工作时两板分别接高压直流电源的正负极，表面镀铝的乒乓球用绝缘细线悬挂在金属极板中间，则A．乒乓球的左侧感应出负电荷B．乒乓球受到扰动后，会被吸在左极板上C．乒乓球共受到电场力，重力和库仑力三个力的作用D．用绝缘棒将乒乓球拨到与右极板接触，放开后乒乓球会在两极板间来回碰撞5．（2015·江苏高考真题）静电现象在自然界中普遍存在，我国早在西汉末年已有对静电现象的记载，《春秋纬·考异邮》中有“玳瑁吸褚”之说，但下列不属于静电现象的是()A．梳过头发的塑料梳子吸起纸屑B．带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引C．小线圈接近通电线圈过程中，小线圈中产生电流D．从干燥的地毯上走过，手碰到金属把手时有被电击的感觉6．（2016·江苏高考真题）一金属容器置于绝缘板上，带电小球用绝缘细线悬挂于容器中，容器内的电场线分布如图所示.容器内表面为等势面，A、B为容器内表面上的两点，下列说法正确的是()A．A点的电场强度比B点的大B．小球表面的电势比容器内表面的低C．B点的电场强度方向与该处内表面垂直D．将检验电荷从A点沿不同路径移到B点，电场力所做的功不同7．（2011·广东高考真题）图为静电除尘器除尘机理的示意图．尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的．下列表述正确的是A．到达集尘极的尘埃带正电荷B．电场方向由集尘极指向放电极C．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同D．同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大8．（2010·海南高考真题）利用静电除尘器可以消除空气中的粉尘，静电除尘器由金属管A和悬在管中的金属丝B组成，A和B分别接到高压电源的正极和负极，其装置示意图如右图所示．A、B之间有很强的电场，距B越近，场强__________（填“越大”或“越小”）．B附近的气体分子被电离成为电子和正离子、粉尘吸附电子后被吸附到______（填“A”或“B”）上，最后在重力作用下落入下面的漏斗中．【分类过关检测】一、单选题1．（2021·江苏宿迁市·高一期末）在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐（金属）片，把它们分别跟静电起电机的两极相连。

在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。

当把起电机一摇，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。

关于以上实验说法正确的是（）A．需要加大室内的空气湿度，这个实验才可能完成好B．起电机摇动前，需先让烟尘颗粒带上电荷才能做成功C．起电机摇动时，塑料瓶内易拉罐（金属）片边电场强度最大D．若锯条接电源负极，金属片接正极，则这些烟尘附着在金属片上面2．（2021·江苏扬州市·高一期末）静电给人们带来很多方便，但有时也会带来麻烦，甚至造成危害。

下列选项中属于防止静电危害的是（）A．静电喷漆B．静电复印C．静电除尘D．导电轮胎3．（2021·浙江嘉兴市·高一期末）下列说法正确的是（）A．打雷时，待在汽车里比待在木屋里要安全B．为了安全，避雷针的顶端应该设计成球形C ．制作汽油桶的材料用塑料比用金属好D ．超高压带电作业的工人穿包含金属丝制成的工作服时更危险4．（2021·江苏省镇江中学高一月考）野外高压输电线受到雷击的可能性很大，所以在三条输电线上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，这个稀疏的金属“网”所起的作用是（ ） A ．防止输电线脱落B ．增加输电线的强度C ．把高压线屏蔽起来，使其免遭雷击D ．防止输电线漏电5．（2021·江苏徐州市·高一期末）如图所示，用绝缘柱支持的不带电的枕形导体A 放置在水平桌面上，手握绝缘棒把带正电荷的带电体B 移近导体A 左侧后静止放置。