2019-2020年人教版高中物理选修3-1 第一章 第7节 静电现象的应用 教案1
2019-2020年人教版高中物理选修3-1 第一章 第7节 静电现象的应用 教案1三维目标知识与技能1．知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态；2．理解静电平衡时，净电荷只分布在导体表面且内部场强处处为零；3．知道尖端放电、静电屏蔽及其应用。
过程与方法1．培养学生的观察能力，逻辑推理的能力，分析问题的能力；2．掌握分析和综合等思维方法。
情感态度与价值观1．使学生在理解知识、获取知识的同时体会到了理论联系实际的意义；2．渗透具体问题具体分析的方法。
教学重点静电平衡导体的场强和静电荷分布的特点。
教学难点电场中导体的特点。
教学方法推理归纳法、问题解决法、实验法。
教具准备验电器、法拉第圆筒、有绝缘柄的金属球一个、金属网罩、收音机、感应起电机、导线若干。
视频资料，多媒体设备。
教学过程［新课导入］问题：什么是静电感应现象？将不带电的导体靠近带电体时，导体上就带电了，靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷，这种现象叫做静电感应现象。
问题：静电感应现象的实质是什么？静电感应现象的实质是在电场力的作用下电荷的重新分布。
问题：在静电感应时用手摸一下导体，再移走源电荷，则导体带什么电？若将导体接地则情况如何？左端接地呢？知道了电场中的导体会发生静电感应现象，那为什么会产生静电感应现象呢？产生静电感应现象会导致怎样的结果，导体又有何特点呢？今天这节课就来学习这些问题。
［新课教学］一、静电平衡状态下导体的电场1．静电平衡状态（1）静电平衡问题：为什么会产生静电感应现象呢？分析：导体的特征是在它的内部有大量的自由电荷，对金属导体来说，是由做热振动的正离子和在它们之间做无规则热运动的自由电子组成的。
将一不带电导体靠近带电体时，导体即处于带电体所形成的电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下，逆着电场线定向移动，使导体一侧集聚负电荷，而导体另一侧则集聚等量的正电荷。
问题：不带电导体上的自由电子还没来得及运动的瞬间，导体内的电场强度为零吗？ 结论：不为零。
正因为有场强，才导致自由电子定向移动而使导体带电。
问题：自由电子移动的结果，对导体中的电场强度有何影响？分析：导体上自由电子移动的结果，使导体一端带上负电，另一端带上正电。
此时，导体中的电场已不是场源带电体单独产生的了，而是有场源带电体产生的电场E 和由导体两端出现的正负电荷在导体内部产生的反方向的电场E ′，E 与E ′方向相反，叠加后使导体内的电场强度减弱。
只要导体中的电场强度不为零，导体中的自由电子就会受电场力作用而定向移动，使E ′增强，导致E 与E ′的合电场再减弱，如图乙。
直到导体内部各点的合场强都等于零时为止，这时导体内的自由电子不再受电场力，不再做定向移动，如图丙。
当导体中的电荷静止不动，从而场强分布不随时间变化时，导体就达到了静电平衡。
（2）静电平衡状态导体中（包括表面）没有电荷的定向移动的状态，叫做静电平衡状态。
(用多媒体模拟静电感应至最后导体达到静电平衡状态的过程)（3）静电平衡的条件问题：通过以上分析，处于静电平衡状态的导体，其内部场强有何特点？处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。
内部的场强指源电场与感应电荷电场的合场强。
【巩固练习】长为L 的导体棒原来不带电，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，如图所示，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：导体棒达静电平衡后，O 点处合场强为零，则E 感＝E 源＝2(/2)q kR L +，E 感方向与E 源方向相反，即指向点电荷＋q 。
2．静电平衡导体的特点从静电平衡的条件出发可以得到如下的几点推论：L ＋q（1）处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直。
用反证法分析：如果表面上某一点的场强方向与该点的表面不垂直，该点的场强应有沿表面的切向分量，就会使导体表面的电荷发生宏观的定向移动，这与静电平衡是矛盾的，故处于静电平衡状态的导体，表面上任何一点的场强方向都跟该点的表面垂直。
（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。
根据电势差与电场强度的关系可知，若场强处处为零，则任意两点间的电势差为零，也就是导体上各点的电势都相等。
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。
这是我们可以把大地选做零电势体的一个原因。
二、导体上电荷的分布一个导体，不论原来是不是带电，放入电场中以后，都会由于静电感应而在导体的不同部位出现不同电荷。
那么，在静电平衡状态下，导体上的电荷怎样分布呢？【演示】研究静电平衡时导体内部的电荷如图所示，取两个验电器A和B，在B上装一个几乎封闭的空心金属筒C（历史上把它叫做法拉第圆筒），使B和C带电，A不带电。
D是带有绝缘柄的金属小球。
使D跟C的外部接触，再让D跟A的的金属球接触；这样操作若干次，观察A的箔片的变化（图甲）。
（发现A的箔片渐渐张开，说明C的外表面上有电荷。
）重复上述操作，不过这一次让D在C的内表面与A之间反复接触，观察A的箔片的变化（图乙）。
（发现A的箔片始终闭合，说明C的内表面不带电。
）金属筒C的开口很小，其内表面可以认为就是导体的内部。
通过这个实验，关于导体内部与外表面的电荷分布，你能得出什么结论？（处于静电平衡状态的导体，电荷只能分布在导体的外表面上。
）（观看用移电球检验带电体电荷分布在外表面的视频资料）静电平衡时，导体上的电荷分布有以下两个特点。
（1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。
这是因为，假如导体内部有电荷，导体内部的场强就不可能为零，自由电荷就会发生定向移动，导体也就没有处于静电平衡状态。
（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。
关于这一点不妨设想一个极端的例子：一枚缝衣针，带电后由于同种电荷相互推斥，电荷自然就要被“挤”到针的两端。
三、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。
这种现象叫做空气的电离。
强电场使空气分子中正负电荷分离的现象叫做空气的电离。
2．尖端放电中性的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。
这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子。
那些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，这相当于导体从尖端失去电荷。
这个现象叫做尖端放电。
在强电场作用下，物体尖端部分发生的一种放电现象称为尖端放电。
他属于一种电晕放电。
他的原理是物体尖锐处曲率大，电力线密集，因而电势梯度大，致使其附近部分气体被击穿而发生放电。
如果物体尖端在暗处或放电特别强烈，这时往往可以看到它周围有浅蓝色的光晕。
夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，俗称电晕，这是一种微弱的尖端放电。
如高压线有轮廓的地方，就会出现尖端放电。
由于接到电源上，它一边放电，一边不停的提供放电需要的电荷，这种放电会持续下去。
尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应该尺可能光滑。
（观看尖端放电现象的视频资料）3．尖端放电的应用──避雷针避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施，它是一个或几个尖锐的金属棒，安装在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属板连接，保持与大地的良好接触，当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷。
通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的。
雷电的实质是两个带电体间的强烈的放电，在放电的过程中有巨大的能量放出。
建筑物的另外一端与大地相连，与云层相同的电荷就流入大地。
显然，要是避雷针起作用，必须保证尖端的尖锐和接地通路的良好，一个接地通路损坏的避雷针将使建筑物遭受更大的损失。
（观看避雷针的视频资料）四、静电屏蔽1．静电屏蔽（1）空腔导体的特点我们讨论带空腔的导体。
静电平衡时导体壳壁W 内的场强为零，内表面又没有电荷，即电场线只能在空腔C之外，不会进入空腔之内。
所以导体壳内空腔里的场强也处处为零。
也就是说，无论导体外部电场是什么样的，电场都不会深入导体内部。
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。
（2）静电屏蔽把一个电学仪器放在封闭的金属壳内，即使壳外有电场，由于壳内场强保持为零，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。
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，这种现象叫做静电屏蔽。
通讯工具在钢筋结构房屋中接收信号弱。
【演示】问题：将验电器放在带正电的金属球的附近，验电器上的箔片会张开吗？使带电的金属球靠近验电器。
现象：验电器的箔片张开。
结论：因为验电器的金属杆处于金属球的电场中，由于静电感应，它的金属球将带负电，而它的另一端──箔片将带正电，因而两箔片相斥而张开。
问题：若用金属网罩将验电器罩住，验电器的箔片还会张开吗？使带电的金属球靠近验电器，事先用金属网罩把验电器罩住。
现象：验电器的箔片不张开。
结论：因为金属网罩处于上正电荷产生的电场中，网罩上的电荷将重新分布，最后达到静电平衡。
此时，网罩内部的电场强度为零，验电器上将不带电，因而箔片合拢。
外部电场对内部仪器没有影响。
若将源电荷置于空腔内，则外对内没有影响，但内对外有影响。
要想内部电场对外部也没有影响，实现全屏蔽，则可将空腔导体接地，如右图所示。
实现静电屏蔽不一定要用密封的金属宣传品，金属网也能起到屏蔽作用。
野外高压线受到雷击的可能性很大，所以在三条输电线的上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。
（用动画模拟静电屏蔽并观看视频资料）2．静电屏蔽的应用静电屏蔽是电场中的导体达到静电平衡时，其内部场强为零的理论的直接应用。
根据静电屏蔽，就应该知道小鸟为什么能在带电的金属鸟笼为“安然无恙”的道理了。
静电屏蔽的应用有：电学仪器和电子设备外面套有金属罩，通讯电缆外包一层铅皮等，高压带电作业人员穿金属网衣。
【巩固练习】1．回答下列问题：①两导体B 与C 接触后，B 与带正电的A 靠近放置，由于静电感应，B 上带负电，C 上带正电。
此时若用手摸一下导体C ，什么电流过人身而入地？②若不用手摸C ，而是摸一下B ，问什么电荷通过人体而入地？答：当手摸C 时，导体B 、C 、人体、地球就组成一个导体，此导体处于A 的电场中，由于静电感应，靠近A 的一端带负电，而远离A 的一端──地球带正电.所以C上的正电荷入地。
当手摸B时，情况同上，仍是正电荷入地。
2．在演示的实验装置中，怎样才能使已带电的金属小球D上的电荷全部传给法拉第圆筒C呢？答：只需将D与C筒的内壁接触一下即可。
选修3-1-1.7静电现象的应用教案(讲义)有答案
1.7《静电现象的应用》一、【学习与讨论】学点一 ：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．学点二 ：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.二、【探索与分析】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×9×109 C/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”. 三、静电平衡下的导体【例1】 如图所示，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 BC．|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．四、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．自学检测：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．如图所示，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.典型例题：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＝0B．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＝0D．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．方法总结带电球壳的特点是：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．方法总结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.课堂检测：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，现沿球直径的延长线放置一点电荷，如图所示．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．如图所示，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 BD．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( )A．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( )A．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．如图所示，A 、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？答案 有a →d 的电流9．如图所示，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 m 2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 ＝＋1.0×10－17 C ，质量为m ＝2.0×10－15 kg ，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：(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 ＝12at 2＝12F m t 2＝qUt 22mL 得t ＝ 2m qUL ＝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 ＝12mv 2·NS (L －h )＝qU Lh ·NS (L －h )．当h ＝L 2时，E k 达最大．又据h ＝12a 21t 则t 1＝ 2h a ＝ m qUL ＝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＝ m qUL ＝0.014 s。
人教版高中物理选修31第一章第7节静电现象的应用共38张PPT[可修改版ppt]
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闪电的放电电流极大， 会使建筑物遭受到严重的损 失，这就是雷击，为了避免 雷击，人们设计了避雷针。
３、尖端放电 ——避雷针
• 医院手术台上，静电火 花会引起麻醉剂爆炸。
• 煤矿里，静电火花会引 起瓦斯爆炸。
• 在航天工业里，静电放 电会干扰航天器的运行， 甚至会造成火箭和卫星 的发射失败。
• 在石化工业里，因静电 放电引起的事故屡见不 鲜。
防止静电危害的基本方法是什么？
• 尽快地将静电导走， 避免越积越多。
生活中防静电小知识
摩擦起电的原因
你在生活中见过类似 的摩擦起电现象吗？
1、 在干燥的秋冬季节，晚上脱毛衣 时会发现一些小火花，并伴有“啪啪” 的响声，这是由于脱毛衣时因摩擦 起 电，发生 放电 的缘故。
2、电视机的荧光屏上经常 粘有灰层，这是因为电视机工 作时，屏幕上有___电__荷____，而 具有了吸引 轻小物体 的性质。
• 电视机不能摆放在卧室。人们看电视时要打开窗户， 同电视机保持2－3米距离，看完之后要洗脸、洗手。
• 对老人、小孩、静电敏感者、查不出病因的心脏 病人、神经衰弱和精神病患者等建议在冬季穿纯 棉内衣、内裤，被里、床单、被罩等要用天然纺 织物，尽量不要穿化纤质地的服装，以减少静电 对人的不良影响。
• 勤洗澡、勤换衣服，能有效消除人体表面积聚的 静电。 当头发无法梳理服帖时，将梳子浸在水中，
• 对于体内积存静电较多的人，可以通过“输出”的 方式将其消耗掉。
• 在家里洒些水，不便弄湿地板的地方，放置一两盆 清水，同样可以达到增加室内空气湿度的目的。室 内可用加湿器，摆放花草或在室内饲养观赏鱼。
高中物理人教版选修3-1 第一章第7节静电现象的应用(共11张PPT)
2019年9月20日星期五
8
习题（☆）
2、(多选)如图1－7－8所示，一个不带电的导体球N，置于空 心导体球M附近，现将另一个带电荷量为Q的金属球放于空 腔导体M内，则( AC ) A．若M接地，N上无感应电荷 B．若M不接地，且M原来不带电， N上无感应电荷 C．若M不接地，且M原来不带电，N上有感应电荷 D．若M不接地，且M原带电，N上一定有感应电荷
4
静电现象的应用
1、尖端放电 避雷针利用尖端放电避免雷击
2019年9月20日星期五
5
静电现象的应用
2、空腔导体与静电屏蔽 电荷只分布在空腔的外表面 空腔内场强处处为零
处在导体空腔内的仪器，不受导体外界电场影响的现 象，叫做静电屏蔽
2019年9月20日星期五
6
两种典型的静电屏蔽现象
不接地屏蔽
2019年9月20日星期五
11
静电现象的应用
2019年9月20日星期五
1
静电平衡下的导体电场
（1）金属导体的微观结构如何？ （2） 将金属导体放入电场中，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？
2019年9月20日星期五
2
静电平衡
导体内的自由电子不再发生定向移动的状态
2019年9月20日星期五
10
习题（☆）
4、B是带有绝缘支架的空腔带电金属球壳，A是验电器， A、B相距较远，导线C的一端接验电器的金属球，下列现 象，正确的是( AB ) A．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔张开 B．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔张开 C．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔不张开 D．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔不张 开
人教版高中物理选修3-1第7节 静电现象的应用
（精心整理，诚意制作）第７节 静电现象的应用一、选择题1、（20xx 北大附中月考）导体处于静电平衡状态时，下列说法正确的是[ ]A ．导体内部没有电场B ．导体内部和外表面均有净电荷C ．导体内部有电荷的移动D ．以上说法均不正确2、如图所示，将一个验电器放在一个带正电的金属球近旁，发现验电器的箔片会张开，则A ．验电器的箔片带正电B ．验电器的小球上带正电C ．若用一个金属网罩将验电器罩住，验电器箔片将合拢D ．若用一个金属网罩将验电器罩住，但金属网罩接触到验电器的小球，验电器箔片将继续张开3、图中接地金属球A 的半径为R ，球外点电荷的电量为Q ，到球心的距离为r.。
该点电荷的电场在球心的场强大小等于[ ]A. 22R Q k r Q k- B. 22R Q k r Q k + C.0D.2r Qk4．(20xx 年××市东××区抽样测试)某一静电实验装置如图所示，验电器A 不带电，验电器B 的上面安装一个几乎封闭的金属圆桶C ，并且B 内的金属箔片是张开的，现手持一个带电绝缘柄的金属小球D，使D接触C的内壁，再移出与A的金属小球接触，无论操作多少次，都不能使A带电.这个实验说明了（）A．C是不带电的B．C的内部是不带电的C．C的外部是不带电的D．C的内部场强为零5．（20xx上海青浦一模）下列做法中属于防止静电产生危害的是（）A．在高大的建筑物顶端装避雷针B。
小汽车上装有一根露在外面的小天线C．在高大的烟囱中安装静电除尘器D。
汽车制造厂车间里进行静电喷漆6．（20xx北京××区摸底）如图所示，取一对用绝缘柱支撑的导体A和B,，使它们彼此接触，起初它们不带电，分别贴在导体A、B下部的金属箔均是闭合的。
下列关于实验现象描述中正确的是A．把带正电荷的物体C移近导体A稳定后，A、B下部的金属箔都会张开B．把带正电荷的物体C移近导体A稳定后，只有A下部的金属箔张开C．把带正电荷的物体C移近导体A后，再把B向右移动稍许使其与A分开，稳定后A、B 下部的金属箔都还是张开的D．把带正电荷的物体C移近导体A后，再把B向右移动稍许使其与A分开，稳定后A、B 下部的金属箔都闭合7．（20xx洛阳二中月考）如图所示，一导体AB在点电荷Q的电场中发生静电感应，下列说法正确的是( )A．导体中M、N两点的电场强度相等B．感应电荷在M点产生的场强大于感应电荷在N点产生的场强C．如果在AB间用一导线连接，则导线中将有电流产生D．N点的电势大于M点的电势三、填空题8、如图所示，一个原来不带电的中空金属球壳，上开一个小孔，若将一个带负电的小球放入且不与球壳接触，则球壳外表面带__ __电，内表面带_____电；若用手接触一下球壳后移走带电小球，则球壳的外表面带____电荷；若带电小球与球壳的内壁接触，球壳的外表面带__ __电荷，内表面______电荷.9．如图所示，在真空中有两个点电荷A和B，电量分别为－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__ ___。
人教版高中物理选修3-1 第一章第7节静电现象的应用 (共28张PPT)(优质版)
想 了 很 长 时 间才决 定给你 说这些 的。 我 知 道 ， 你的 生活不 是很好 ，在学 校里感 觉有点 儿不平 衡，别 人的父 母对他 们 是 百 般 呵 护，而 自己的 父母却 远远没 有做到 这些。 可这并 不是父 母的错 啊!我知 道 ,在 你 的 衣 、食、 住、行 、用方 面都不 是很好 ，甚至 是非常 的糟糕 。在这 个贫困 的 家 庭 中 ， 你可能 觉得生 活对你 特别的 不公， 缺少母 爱的童 年和种 种不幸 ，告诉 你 ， 你 所 经 历的， 你所面 对的， 我也曾 经历过 、也正 在面对 。我和 你一样 ，请你
尖端放电的原理有何应用？
避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施
应用：避雷针
②两种屏蔽
屏蔽外部电场使其不影响内部 • 屏蔽内部电场使其不影响外部
（空腔导体接地）
静电屏蔽的事例
思考:用金属网罩将验电,会怎样呢?
+
该现象表明金属网罩也能起到静电屏蔽作用. 类似事例:通讯电缆外包金属层,电学仪器外套金属罩.
静电屏蔽的应用
静电屏蔽的应用
思考:电力工作人员有时需要带电作业，怎
样才能保证他们的生命安全？
全身穿戴金属丝网制成 的衣，帽，鞋，手套等。
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。
人教版高中物理选修3-1 第1章-第7节-静电现象的应用(课件)(共23张PPT)
kQ 【解析】由点电荷的电场强度公式 E= 2 ，得：+Q 和+Q 的两个点电荷在 A 点产生的 r
电场强度都为： E=
(2)防止：静电屏蔽也可带来不利的影响．如通 讯工具在钢筋结构建筑中接收信号较弱；宇宙飞船返 回地球大气层时，与大气层的高速摩擦，在飞船周围 形成一层等离子体，对飞船产生静电屏蔽作用，导致
飞船和地面控制中心的通信联络暂时中断．
【特别提醒】
(1)接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产
生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外
【特别提醒】
(3)导体达到静电平衡后，内部场强处处为
零是指原电场的电场强度E0与导体两端感应电荷
产生的场强E′的合场强为零．
(4)应该注意静电感应与感应起电的区别和
联系，感应起电是运用静电感应现象使物体起电
的一种方法，而静电感应则是电场中导体两端暂
时出现等量相反电荷的现象．
【典型例题】如图所示，在枕形金属导体
2．静电屏蔽的两种情况
(1)金属壳内部不受外部影响 如图：把验电器靠近带电体，箔片会张开，但如果把验 电器置于金属网罩内，再靠近带电体，箔片不再张开，说明网 罩内不受外电场的影响。
(2)接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响 如一封闭的导体壳内部空间某点有一点电荷＋q。由于 静电感应，导体壳内外表面感应出等量的异种电荷。其电场 线如图(甲)所示，当把导体壳接地后，＋q在壳内的电场对壳 外空间就没有影响了，如图(乙)所示。
第1章第7节
人教版选修3-1 第一章 第7节 静电现象的应用 同步练习2 word版含答案
第7节静电现象的应用1. 处于静电平衡中的导体，内部电场强度处处为零的原因是()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电场强度为零D．外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为零答案：D解析：静电平衡导体内部场强为零，指合场强为零．2. 一金属球，原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆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，则()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：由静电平衡特点可知：E感＝E外，因C离右侧带电体距离最小，故E C最大．3. (多选)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：AB解析：带电荷的云层靠近避雷针时，在避雷针尖端感应出与云层相反的静电，达到一定程度就向空中放电，中和云层中的电荷，更主要的是云层中的大量电荷可以通过避雷针引入地下，从而避免遭受雷击，所以A、B正确．4. 具有一定厚度的空心金属球壳的球心位置处放一正电荷，下面中的四个图画出了其空间电场的电场线情况，符合实际情况的是()答案：D解析：静电平衡状态的导体内部(实体部分)场强处处为零，静电感应的结果使球壳上的电荷分布如图所示．5. 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，待在汽车里比待在木屋里要危险答案：B解析：由静电屏蔽的知识可知，A、D选项均错；金属可以消除多余的静电，B项正确；单根高压输电线上相距较近的两点之间电阻很小，因而电压较小，小鸟不会被电死，C选项错误．6. (多选)在下列措施中，能将产生的静电尽快导走的是()A．飞机轮子上搭地线B．印染车间保持湿度C．复印图片D．电工钳柄装有绝缘套答案：AB解析：飞机在飞行中与空气摩擦时，飞机外表面聚集了大量静电荷，降落时会对地面人员带来危害及火灾隐患，因此飞机降落时要及时导走机身聚集的静电，采取的措施是在轮胎上安装地线或用导电橡胶制造轮胎；在印染工作车间也同样容易产生静电，静电会给车间带来火灾隐患，为防止火灾发生，其中安全措施之一就是车间保持湿度，从而通过湿润的空气及时导走静电；在复印图片环节中，刚好需要应用静电；电工钳柄装有绝缘套是防止导电，保护电工的安全．7.(多选)如图所示是某种静电矿料分选器的原理示意图，带电矿粉经漏斗落入水平匀强电场后，分落在收集板中央的两侧，对矿粉分离的过程，下列表述正确的有()A．带正电的矿粉落在右侧B．电场力对矿粉做正功C．带负电的矿粉电势能变大D．带正电的矿粉电势能变小答案：BD解析：带正、负电荷的矿粉受电场力作用分别落到左、右两侧，选项A错误；不管矿粉带正电还是负电，电场力均对其做正功，矿粉的电势能均变小，选项B、D正确，C错误．8. (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，后加速的运动C．小球的电势能保持不变D．电场力对小球所做的功为零答案：ACD解析：水平放置的金属板处于点电荷Q的电场中而达到静电平衡状态，是一个等势体，其表面电场线处处与表面垂直，所以小球运动时只在竖直方向上受力的作用，在水平方向上不受力的作用，故带电小球(表面绝缘，电荷量不变)在导体表面滑动时，电场力不做功，故小球做匀速直线运动，所以A、C、D选项正确．9. (多选)如图所示，原来不带电的金属球壳内壁接地，将一带正电的小球放入其中，但不与球壳接触，则()A．球壳内壁带负电B．球壳外壁带正电C．球壳外壁不带电D．若将接地线去掉再移出正电荷，球壳外壁带负电答案：ACD解析：由静电屏蔽知识可得，未接地前电场线分布特点如图，球壳是个等势体，无论是内壳还是外壳接地，都是大地上的电子受电场力作用逆着电场线与外壳正电中和，使外壳不带电，故A、C正确，B错．若移出正电荷，则剩余负电都分布在外表面，D正确．10. (多选)如图所示，一个不带电的导体球N，置于空心导体球M附近，现将另一个带电荷量为Q的金属球放于空腔导体M内，则()A．若M接地，N上无感应电荷B．若M不接地，且M原来不带电，N上无感应电荷C．若M不接地，且M原来不带电，N上有感应电荷D．若M不接地，且M原来带电，N上一定有感应电荷答案：AC解析：(1)若M接地，分析N上带电情况金属球Q带电―→M内表面带相反电性电荷，M外表面不带电―→N上无感应电荷(2)若M不接地①M原来不带电，分析N上带电情况金属球Q带电―→M内表面带相反电性电荷，M外表面带与内表面相同电性的电荷―→N上有感应电荷②M原来带电，分析N上带电情况11. 如图所示，绝缘开口金属球壳A已带电，现把验电器甲的小金属球与球壳A的内壁用导线相连，另外把一绝缘的金属小球B与球壳A的内壁相接触后再与验电器乙的金属小球相接触，验电器乙距球壳A足够远，那么验电器甲的金属箔片________，验电器乙的金属箔片________．(填“张开”或“不张开”)答案：张开不张开解析：处于静电平衡状态的金属球壳，由于电荷间的相互排斥的作用力，电荷间的距离尽量变大，所以电荷分布在金属球壳的外表面上，在金属球壳的内表面没有净电荷的分布．验电器甲与球壳A相连时，与金属球壳构成一个导体，相当于金属球壳的远端，则带有电荷，从而使金属箔片张开；同理，可知验电器乙不会带电，故金属箔片不张开．12.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ab、cd，则(1)当用导线将a、b连接起来时，导线中有无电流通过？若有，方向如何？(2)当用导线将a、c连接起来时，导线中有无电流通过？若有，方向如何？答案：(1)无(2)有由a→c解析：导体ab、cd处于静电场中，已达到静电平衡状态，ab、cd均各自为一个等势体，但因ab靠近正电荷，cd靠近负电荷，所以导体ab的电势要高于cd的电势，我们也可在正、负电荷之间画一条由左向右的电场线，也易判断导体ab的电势比导体cd的电势高．当用导线将a、c连接起来时，将会有电流从a流到c.当用导线将a、b连接起来时，无电流通过．。
人教版高中物理选修3-1 第一章第7节静电现象的应用 (共28张PPT)
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
地球是个大等势体，常被选为零势面
（3）导体外部电场线与导体表面垂直
1
法拉第圆筒实验:
和内壁接触的小球
不能使验电器箔片
2
张开,表明金属筒内
壁没有电荷分布.
静电平衡时导体上电荷的分布的特点
（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？
注意：
（1）用导线把导体接地或用手触摸导体时，可把 导体和地球看成一个大导体
（2）一般取无穷远处或大地的电势为零。
练习1：带电量分别为+Q和-Q的两个点电荷相 距为r，在两点电荷之间放入一个不带电的导体 棒，如图所示，当导体达到静电平衡后，感应 电荷在两点电荷连线中点O处产生的场强大小 为多大？方向怎样？
绒从们道的你滴出是家，衣这,水来在我百庭你还个了,你冻知般中所是故,的得雷道呵，经干事衣她锋，护你历的,、我直又他，可的你,食立们打把人而能，的、即不颤自领,在自觉你生住脱难。己着他己得所活、了发雷带小的生面不人行下现锋的女父活对是急、来大自三孩母对的很需用家,己个给却你，好的,方公把一馒那远特我，时他面认身头个远别也在候们都的衣送小记没的曾学,不一母能服给女住有不经校子是个主也了孩。做公历里三很真动湿他穿到，过感好理人热了们上这缺、觉一，情:。,。他雷些少也有直甚地上听急锋。母正点至送给午说忙是可爱在儿出是予九他解个这的面不车非帮点们开助并童对平常站助钟母外人不年。衡。的和,子衣为列是和我，糟照三乐,车摸父种和别糕顾人到的摸母种你人。早人了贴的不一的在晨沈!身关错幸样父这没阳的心啊，，母个吃,那雷告请对体!贫饭我件锋诉你他贴困就知
2019-2020人教版物理选修3-1 第1章 7 静电现象的应用
7 静电现象的应用[学习目标] 1.知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态导体的特性。
(重点) 2.知道什么是静电屏蔽及其有关应用。
3.知道导体上电荷的分配规律。
(难点) 4.了解尖端放电现象。
一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布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。
4．导体上电荷的分布(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，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷。
二、尖端放电和静电屏蔽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零，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。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(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。
2019-2020学年物理人教版选修3-1课后检测：1.7 静电现象的应用
7 静电现象的应用记一记静电现象的应用知识体系1个概念——静电平衡2个应用——尖端放电和静电屏蔽辨一辨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．处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为0.(√)3．静电平衡时，导体内的自由电子处于静止状态．(×)4．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．(×)5．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．(×)6．电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，原因是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内场强为零．(√).想一想1.为什么只有导体才能达到静电平衡状态而绝缘体不能？提示：因导体中有大量的自由电荷，很容易发生静电感应现象，而使感应电荷产生的附加电场与施加感应的电场等大反向，从而使导体内部场强为零，而绝缘体内自由电荷很少，不可能产生和施加感应的电场等大反向的附加电场．2．处于静电平衡的导体内部，感应电荷产生的电场的场强为零吗？提示：不为零．因为处于静电平衡状态的导体内部场强之所以为零，是由感应电荷产生的附加电场和施加感应的电场叠加合成的结果，而对每个电场来说，其场强均不为零．3．金属外壳或金属网罩能产生静电屏蔽的原因是什么？提示：金属外壳或金属网罩产生静电屏蔽的原因是处于静电平衡状态的导体内部场强为零．由于导体内部有大量的自由电荷，当外部电场发生变化时，导体内部感应电荷产生的附加电场和外电场达到等大．反向的状态几乎是瞬时的，所以无论外电场如何变化，都能保证金属壳内或金属网罩内部场强时时为零．思考感悟： 练一练1.(多选)[2019·广西桂林市第八中学期中考试]如图所示，一个不带电的表面绝缘的导体P正在向带正电的小球Q缓慢靠近，但不接触，也没有发生放电现象，C、B是导体P左、右两端内的点，则下列说法正确的是( )A．右端的感应电荷为负电荷B．导体内场强越来越大C．感应电荷在C点产生的场强始终大于在B点产生的场强D．C、B两点的电势始终相同答案：CD2.[2019·黑龙江鹤岗市第一中学月考]将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的固定金属空心球C内(不接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，则( )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 的位置都不变答案：B3．[2019·豫北四校联合体期中]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v 0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，下列说法错误的是( )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答案：B4．(多选)[2019·河南周口市期末考试]如图所示，一个原来不带电的半径为r 的空心金属球放在绝缘支架上，右侧放置一个电荷量为＋Q 的点电荷，点电荷到金属球表面的最近距离为2r ，则下列说法正确的是( )A ．金属球在达到静电平衡状态后，左侧感应出正电荷B ．感应电荷在球心处所激发的电场强度大小为E ＝，方kQ9r 2向水平向右C ．如果用一小段导线的一端接触金属球的左侧，另一端接触金属球的右侧，金属球两侧的电荷将被中和D ．如果用导线的一端接触金属球的右侧，另一端与大地相连，则有电子流入大地答案：AB要点一 对静电平衡的理解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是金属板右侧表面的两点，其中a到＋Q的距离较小．下列说法正确的是( )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，但a点的场强比b点的场强要强(大)一些解析：若金属板不接地，右侧表面将感应出负电荷，左侧表面将感应出正电荷；若金属板接地，自由电子通过接地导线导入金属板，再次达到静电平衡时左侧表面不带电，整个金属板的电势都为零，所以A项错误，B、C两项正确．金属板接地时，右侧表面上有感应负电荷，而且a点附近的电场线密度(单位表面积的电荷量)比b点附近的电场线密度要大些，场强要强(大)些，又因为整个金属板是等势体，右侧表面是等势面，电场线与等势面垂直，可见a、b两点的场强方向都垂直指向右侧面，方向相同，所以D项正确．答案：BCD2．一金属球，原来不带电．现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆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解析：静电平衡后，感应电荷在球内产生的场强和带电棒MN在球内产生的场强等大、反向、共线．用c点离MN最近，故感应电荷在c处产生的场强最大，即C项正确．答案：C3.(多选)如图所示，带负电的点电荷旁有一接地大金属板，A为金属板内的一点，B为金属板左侧外表面上的一点，下列关于金属板上感应电荷在A点和B点的场强方向判断正确的是( ) 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，B项正确；金属板表面的电场强度垂直表面向外，即为感应电荷的电场与点电荷的电场的合场强，则感应电荷在B点的场强可能沿E3方向，C项正确．答案：BC要点二静电屏蔽的理解及应用4.(多选)如图所示，一个不带电的导体球N，置于空心导体球M附近，现将另一个带电荷量为Q的金属球放于空腔导体M内，则( )A．若M接地，N上无感应电荷B．若M不接地，且M原来不带电，N上无感应电荷C．若M不接地，且M原来不带电，N上有感应电荷D．若M不接地，且M原来带电，N上一定有感应电荷解析：若M接地，空心导体球M外没有电场，N上无感应电荷，A项正确；若M不接地，且M原来不带电，则空心球M外有电场，N上有感应电荷，B项错误，C项正确；若M不接地，且M原来带电，由于Q的放入，可能使空腔电荷集聚于内表面，则N上可能有感应电荷，也可能没有感应电荷，D项错误．答案：AC5.如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡后，则( )A．B的空腔内电场强度为零B．B不带电C．B的外表面带正电D．B的内表面带负电解析：因为金属壳的外表面接地，所以外表面没有感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，B的内表面带负电，D项正确，B、C两项错误；B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，所以空腔内电场强度不为零，A项错误．答案：D6．在如图所示的实验中，验电器的金属箔片会张开的是________．答案：B基础达标1.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，达到静电平衡后，各点的电势分别是φ1、φ2、φ3、φ4，下列关系式正确的是( )A．φ4>φ3>φ2>φ1 B．φ4＝φ3>φ2＝φ1C．φ4<φ3<φ2<φ1D．φ4＝φ3＝φ2＝φ1解析：达到静电平衡后，导体为等势体，导体上的电势处处相等，所以可以得到φ4＝φ3，φ2＝φ1，由于正电荷在右边，沿着电场线方向电势逐渐降低，所以越往右电势越高，所以φ4＝φ3>φ2＝φ1，故B项正确，A、C、D三项错误．答案：B2.(多选)如图所示为一空腔球形异体(不带电)，现在将一个带正电荷的小金属球A放入空腔中，当静电平衡时，图中a、b、c三点的场强(E a，E b，E c)和电势(φa，φb，φc)关系正确的是( ) A．E a>E c B．E b>E cC．φa＝φb D．φb>φc解析：画出空腔导体内外的电场线分布，可以看出E b＝0，但φb>0，由内向外，电势依次降低，φa>φb>φc；由电场线疏密可看出E a>E c>E b，故A、D两项正确．答案：AD3．如图所示，取一对用绝缘柱支撑的导体A和B，使它们彼此接触，起初它们不带电，分别贴在导体A、B下部的金属箔均是闭合的．下列关于实验现象的描述及带电情况的判断正确的是( )A．把带正电荷的物体C移近导体A，A、B下部的金属箔都张开且分别带正电和负电B．把带正电荷的物体C移近导体A，只有A下部的金属箔张开且带负电C．把带正电荷的物体C移近导体A，再使A、B分开少许，稳定后A、B下部的金属箔都张开且分别带负电和正电D．把带正电荷的物体C移近导体A，再使A、B分开少许，稳定后A、B下部的金属箔都闭合且均不带电解析：感应带电是使物体带电的一种方法，根据异种电荷互相吸引的原理可知，靠近的一端会带异种电荷，金属导体处在正电荷的电场中，由于静电感应现象，导体B的右端要感应出正电荷，在导体A的左端会出现负电荷，所以导体两端的验电箔都张开，且左端带负电，右端带正电，故A、B两项错误；由上可知，把带正电荷的物体C移近导体A，再使A、B分开少许，稳定后A、B下部的金属箔都张开且分别带负电和正电，故C项正确，D项错误．答案：C4.(多选)如图所示，电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业，电工全身穿戴带电作业用的屏蔽服，屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装，下列说法正确的是( )A．采用金属材料编织衣服的目的是使衣服不易拉破B．采用金属材料编织衣服的目的是利用静电屏蔽C．电工穿上屏蔽服后，体内场强为零D．电工穿上屏蔽服后，体内电势为零解析：屏蔽服的作用是在穿用后，使处于高压电场中的人体外表面各部位形成一个等势屏蔽面，从而使人体免受高压电场及电磁波的危害，等势面说明电势相等而不是等于0，而电场中的导体内的电场强度为0，所以B、C两项正确，A、D两项错误．答案：BC5．[2019·江西赣州市联考]如图，一个枕形导体AB原来不带电．将它放在一个负点电荷的电场中，点电荷的电荷量为－Q，与AB中心O点的距离为R.由于静电感应，在导体A、B两端分别出现感应电荷，达到静电平衡时，则( )A ．导体A 端电势高于B 端电势B ．导体A 端电势低于B 端电势C ．感应电荷在D 点产生的场强为0D ．感应电荷在O 点产生的场强大小为k QR 2解析：当达到静电平衡时导体是一个等势体，A 端电势等于B 端电势，A 、B 两项错误；点电荷和感应电荷在导体中心O 点产生的电场的合场强为0，感应电荷在O 点产生的场强与点电荷产生的场强等大反向，所以感应电荷在O 点产生的场强大小为k ，C 项错误，D 项正确．QR 2答案：D6．人造飞船返回地球经过大气层时，返回舱表面附近形成一个温度高达几千摄氏度的高温区．高温区内的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电离，这时返回舱与外界的联系会中断，出现这种现象的原因是( )A ．返回舱受到的万有引力消失B ．返回舱为了安全而暂时关闭通信系统C ．返回舱周围高温气体被电离成等离子体，从而对飞船起屏蔽作用D ．返回舱表面温度太高，如同火球，使得航天员看不见外面，外面也看不见返回舱里面解析：由于高温区内的气体和返回舱表面材料的分子被分解和电离，对返回舱起到静电屏蔽作用，所以返回舱与外界信号中断，故A 、B 、D 三项错误，C 项正确．答案：C7．如图所示，将带正电的金属球A 移至固定在绝缘支架上的导体BC 附近，导体BC 达到静电平衡状态后，下列说法正确的是( )A ．导体B 端带负电，C 端带正电，且B 端电势比C 端电势低B ．用手摸一下导体B 端可使导体带上正电C ．导体C 端电势比金属球A 电势高D ．导体内感应电荷的电场强度大小沿BC 方向逐渐减小解析：导体BC 达到静电平衡状态后，导体是等势体，两端的电势相等，导体B 端带负电，C 端带正电，故A 项错误；用手摸一下导体B 端可使导体带负电荷，因为BC 的电势高于大地，当用手触摸时大地上的负电荷会在电场力的作用下向BC 运动，中和正电荷，使导体带负电，故B 项错误；电场线从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远，而沿电场线方向电势不断降低，故导体C 端电势比金属球A 电势低，故C 项错误；导体BC 达到静电平衡状态后，内部场强处处为零，感应电荷的电场强度与A 的电场强度大小相等方向相反，由点电荷的电场强度公式E ＝可知，kqr 2感应电荷的场强沿BC 方向逐渐减小，故D 项正确．答案：D8．如图所示，两个相同的空心金属球M 和N ，上部均有小孔，M 带电荷量为－Q ，N 不带电(M 、N 相距很远，互不影响)，旁边各放—个不带电的金属球P 和R ，当将带电荷量为＋Q 的小球分别放入M 和N 的空腔中时( )A ．P 、R 上均有感应电荷B ．P 、R 上均没有感应电荷C ．P 上有感应电荷而R 上没有感应电荷D ．P 上没有感应电荷而R 上有感应电荷解析：当将带正电的小球放入M 的空腔中时，由于静电感应，M 的内表面带电荷量－Q ，外表面不带电．所以金属球M 外部不存在电场，不能使P 产生静电感应，P 上没有感应电荷．当将带正电的小球放入原来不带电的N的空腔中时，由于静电感应，N内表面带负电荷，外表面带正电荷，N外部有电场，使R产生静电感应，故D项正确．答案：D9．一个不带电金属球壳，在它的球心放入一个正电荷，其电场分布是图中的( )解析：由于处于静电平衡状态的导体内部的场强处处为零，故A项不正确；由于空腔内部有一个正电荷，故在空腔内表面感应出等量的负电荷，外表面感应出等量的正电荷，因此C、D项不正确；因外表面上分布有正电荷，故电场线应呈辐射状，B项正确．答案：B10．在点电荷－Q的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中A点所激发的附加场强E′的方向在选项图中正确的是( )解析：感应电荷在盘中A点激发的附加场强E′应与－Q在A点产生的场强等大反向，故A项正确．答案：A11．[2019·湖南长沙一中期中考试]如图所示，金属球壳A带有正电，其上方有一小孔a，静电计B的金属球b用导线与金属小球c相连，以下操作所发生的现象正确的是( )A．将c移近A，但不与A接触，B会张开一定角度B．将c与A外表面接触后移开A，B不会张开一定角度C．将c与A内表面接触时，B不会张开一定角度D．将c从导线上解下，然后用绝缘细绳吊着从A上小孔放入A内，并与其内壁接触，再提出空腔，与b接触，B会张开一定角度解析：将c移近A的过程中，由于静电感应，金属小球c感应出负电荷，静电计指针上感应出正电荷，B会张开一定角度，A项正确；将c与A外表面接触后移开A，由于接触使静电计带电，B会张开一定角度，B项错误；将c与A内表面接触，静电平衡后，电荷只分布在导体外表面，静电计可视为导体外表面，静电计B会张开一定角度，C项错误；将c从导线上解下，然后用绝缘细绳吊着从A上小孔放入A内，并与其内壁接触，由于空腔导体内部没有电荷，再提出空腔，与b接触，B不会张开一定角度，D项错误．答案：A12．一个匀强电场的电场线分布如图甲所示，把一个空心导体引入到该匀强电场后的电场线分布如图乙所示．在电场中有A、B、C、D四个点，下面说法正确的是( )A．φA＝φB B．φB＝φAC．E A＝E B D．E B＝E C解析：由于空心导体为等势体，所以φB＝φC，A项错误、B 项正确；由于A、B、C三处的电场线的疏密程度不同，所以电场强度也不相同，C、D两项错误．答案：B能力达标13.如图所示，一导体AB放在一负电荷的电场中，导体AB与大地是绝缘的，当导体处于静电平衡时．(1)比较A端和B端电势的高低．(2)比较A 点和B 点场强大小．(3)比较A 、B 端外表面场强大小．(4)若A 端接地，AB 导体带什么电？(5)若把A 端和B 端用导线连接，A 、B 端电荷中和吗？解析：(1)AB 导体处于静电平衡状态，是等势体，φA ＝φB .(2)A 点和B 点场强均为零，E A ＝E B ＝0.(3)利用电场线分布可知A 端分布密，E ′A >E ′B .(4)AB 导体处于负电荷的电场中，其电势低于大地的零电势，负电荷要从AB 流向大地，则导体带正电，与A 、B 哪端接地无关．(5)A 端和B 端等势，电荷不沿导体移动，电荷不会中和．答案：见解析14．如图所示，长为L 的金属杆原来不带电，在距其左端r 处放一个电荷量为q的点电荷，问：(1)金属杆中点处的场强为多少？(2)金属杆上的感应电荷在杆中点P 处产生的场强．解析：(1)(1)金属杆处于静电平衡时内部场强处处为0，故金属杆中点处场强为0.(2)内部场强是两个场强的叠加，所以E 感－E ＝0答案：(1)0 (2)kq /(r ＋)2，方向向左L 2。