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1、靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 一 、 靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場 1 靜電平衡狀態(tài) 處于電場中的導(dǎo)體內(nèi)外電場相互 ， 使導(dǎo)體 內(nèi)部電場 ， 直至為零 ， 導(dǎo)體內(nèi)部自由電 子不再發(fā)生定向 的狀態(tài) 2 處于靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點(diǎn) (1)處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體 ， 內(nèi)部場強(qiáng) (2)處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個 ， 它的表面是個 ， 地球是一個 . 疊加 減弱 移動 處處為零 等勢體 等勢面 等勢體 二 、 導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn) 1 導(dǎo)體內(nèi)部 凈電荷 ， 凈電荷分布在導(dǎo)體的 2 在導(dǎo)體表面 ， 越尖銳的
2、位置 ， 電荷的密度 ， 凹陷 的位置幾乎 三 、 尖端放電 1 空氣的電離：導(dǎo)體尖端電荷 ， 電場很強(qiáng) ， 帶電粒 子在 劇烈運(yùn)動撞擊空氣分子 ， 從 而使分子的正負(fù)電荷 的現(xiàn)象 2 尖端放電：所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子 ， 由于被 而奔向尖端 ， 與尖端上的電荷 ， 相當(dāng) 于導(dǎo)體從尖端 的現(xiàn)象 沒有 外表面 越大 沒有電荷 密度很大 強(qiáng)電場的作用下 分離 吸引 中和 失去電荷 四、靜電屏蔽 1定義：把一個電學(xué)儀器放在 的金屬殼里，即使殼 外有電場，由于 保持為零，外電場對殼內(nèi)的 儀器也不會 的現(xiàn)象
3、 2實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽不一定要用密封的金屬容器， 也 能起到屏蔽作用 3應(yīng)用 (1) 是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施 (2)電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面套有 ；通信電纜表面 包一層 ；高壓帶電作業(yè)人員穿 ；通訊 工具在鋼筋結(jié)構(gòu)房屋中接收信號較弱 . 封閉 殼內(nèi)場強(qiáng) 產(chǎn)生影響 金屬網(wǎng) 避雷針 金屬罩 鉛皮 金屬網(wǎng)衣 1 深刻理解靜電感應(yīng)現(xiàn)象 (1)金屬導(dǎo)體的特征：由做熱振動的正離子和在它們之間做無 規(guī)則熱運(yùn)動的自由電子組成 (2)靜電感應(yīng)現(xiàn)象：導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在靜電力作用下重新分布 ， 導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量的正負(fù)感應(yīng)電荷的現(xiàn)象 (3)導(dǎo)體
4、的靜電平衡 靜電平衡狀態(tài)：靜電感應(yīng)中 ， 當(dāng)感應(yīng)出現(xiàn)的正 、 負(fù)電荷產(chǎn) 生的附加場強(qiáng) E大小等于外場強(qiáng) E0時 ， 合場強(qiáng) E等于零 ， 導(dǎo)體 內(nèi)部沒有電荷定向移動的狀態(tài) 導(dǎo)體靜電平衡的條件：導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)處處為零 (4)靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體特點(diǎn)： 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 ， 內(nèi)部的場強(qiáng)處處為零 處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個等勢體 ， 它的表 面是個等勢面 電荷分布特點(diǎn) a 內(nèi)外表面分布不同 ， 電荷都分布在外表面 ， 導(dǎo)體 內(nèi)部沒有電荷 b 受導(dǎo)體的形狀影響 ， 電荷分布不均勻 ， 越尖銳的 地方 ， 電荷分布的密度越大 ， 外部附近的場
5、強(qiáng)也越 強(qiáng) c “ 遠(yuǎn)近端 ” 電荷的電性相反，電量相等 如右圖所示，處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，離場 源電荷較近和較遠(yuǎn)的兩端將感應(yīng)出等量的異種 電荷，即 “ 遠(yuǎn)同近異 ” ，感應(yīng)電荷在兩端的外 表面，導(dǎo)體右端較左端尖銳，電荷密度大 【 特別提醒 】 一個孤立的帶電體，在自身所 帶電荷的電場中，處于靜電平衡狀態(tài)，具有靜 電平衡的所有特點(diǎn)，人與大地都是導(dǎo)體，在人 摸 (觸 )導(dǎo)體的過程中，帶電體、人、大地組成 一個新導(dǎo)體，地球往往是新導(dǎo)體的遠(yuǎn)端 長為 L的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電量為 q 的點(diǎn)電荷放在距導(dǎo)體棒左端 R處，如右圖所示，當(dāng)導(dǎo) 體棒達(dá)到靜電平衡后，棒上感應(yīng)電
6、荷在棒內(nèi)中點(diǎn)處產(chǎn) 生的場強(qiáng)大小等于 ________，方向 ________ 解析： 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時，導(dǎo)體內(nèi)部合場強(qiáng) 為零，這是點(diǎn)電荷 q所形成的電場與棒兩端出現(xiàn)的感 應(yīng)電荷所形成的附加電場在棒中疊加的結(jié)果，即 E合 E1 E2 0. 因此可通過計算點(diǎn)電荷 q 產(chǎn)生的電場 E 1 來確定感應(yīng)電 荷所形成的電場 E 2 的大小和方向點(diǎn)電荷 q 在棒中點(diǎn)處產(chǎn) 生的場強(qiáng)由 E k Q r 2 ，得 E 1 k q R L 2 2 ，方向向右由該點(diǎn)合 場強(qiáng)為零知，感應(yīng)電荷在棒中點(diǎn)處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小， E 2 E 1 k q R L 2 2 ，方
7、向向左 答案： kq R L 2 2 向左 2 靜電屏蔽的兩種情況及本質(zhì) (1)導(dǎo)體內(nèi)部不受外部電場的影響 現(xiàn)象：由于靜電感應(yīng) ， 驗電器箔片張開 如圖甲 ， 將驗電 器放入導(dǎo)體網(wǎng)罩內(nèi)部后驗電器箔片不張開 ， 如圖乙 ， 即外部 電場影響不到導(dǎo)體內(nèi)部 本質(zhì)：是靜電感應(yīng) ， 導(dǎo)體外表面感應(yīng)電荷與外電場在導(dǎo)體 內(nèi)部任一點(diǎn)的場強(qiáng)的疊加結(jié)果為零 a (2)接地的封閉導(dǎo)體殼內(nèi)部電場對殼外空間沒有影響 現(xiàn)象： a 如右圖甲導(dǎo)體殼沒有接地時 ， 處于內(nèi)部 電場中 ， 達(dá)到靜電平衡 ， 導(dǎo)體殼內(nèi)外表面出現(xiàn)等量異 種電荷 ， 空間電場的電場線起于場
8、源正電荷 ， 終于導(dǎo) 體殼內(nèi)表面負(fù)電荷 ， 再起于導(dǎo)體殼外表面正電荷 ， 終 于無窮遠(yuǎn) ， 殼內(nèi)外表面之間場強(qiáng)處處為零 ， 殼外場強(qiáng) 不為零 b.導(dǎo)體殼接地后 ， 如圖乙所示 ， 導(dǎo)體殼外的正 電荷被大地負(fù)電荷中和 ， 正電荷出現(xiàn)在地球的 另一端無窮遠(yuǎn)處 ， 空間電場起于場源正電荷終 于導(dǎo)體殼內(nèi)表面負(fù)電荷 ， 導(dǎo)體殼內(nèi)外表面之間 及導(dǎo)體外部場強(qiáng)處處為零 ， 導(dǎo)體外部空間不受 內(nèi)部電場影響 本質(zhì)：仍然是靜電感應(yīng) ， 導(dǎo)體內(nèi)表面感應(yīng)電 荷與殼內(nèi)電場在導(dǎo)體殼表面以外空間疊加結(jié)果 為零 下圖中 P是一個帶電體， N是一個不帶電 的金屬空腔，在下列情況下，放在絕緣板 上的小紙屑 (圖
9、中 S)不會被吸引的有 ( ) 解析： 答案： AD 1 靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 ， 導(dǎo)體的電勢也為零 ， 這種說法對嗎 ？ 提示： 這種說法是錯誤的 靜電平衡狀態(tài)的 導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 ， 電勢不一定為零 ， 因 為電勢具有相對性 ， 電勢的數(shù)值取決于零電勢 點(diǎn)的選取 因此不一定為零 2 如何利用接地的金屬外殼消除帶電體對外 界的影響 提示： 如圖所示 ， A帶有正電 ， 外側(cè)有一金 屬球殼 B， 由于靜電感應(yīng) ， 球殼 B的內(nèi)表面將 感應(yīng)出負(fù)電荷 ， B的外表面將帶有等量的正電 荷 ， 因此在周圍的空間將存在電場；若把導(dǎo)體 B接地
10、 ， 則 B的外表面不再帶電 ， 周圍無電場 ， 因此無論帶電體 A如何變化 ， 對外界均無影 響 3 導(dǎo)體接地問題的理解方法 “ 等效 法 ” 提示： 對于這個問題 ， 我們可以利用 “ 等效法 ” 理解 ， 導(dǎo)體接地后 ， 把導(dǎo)體和 大地等效為一個整體 ， 導(dǎo)體是 “ 近端 ” ， 大地是 “ 遠(yuǎn)端 ” ， “ 近端 ” 感應(yīng)出異種電 荷 ， “ 遠(yuǎn)端 ” 感應(yīng)出同種電荷 教材資料分析 演示 使帶電的金屬球靠近驗電器，但不接觸，箔片 是否張開？ 點(diǎn)撥： 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，有幾種可能的情 況： (1)孤立的帶電導(dǎo)體； (2)不帶電的導(dǎo)體
11、放在電場中 (或帶電的導(dǎo)體放在電場 中 ) 不論何種情形，處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體一定是：整 個導(dǎo)體 是一個等勢體，其表面是一個等勢面因為處于靜電 平衡的導(dǎo)體，內(nèi)部電荷不再定向移動，受合力必為零， 所以電場強(qiáng)度 E 0由 U Ed知，任意兩點(diǎn)間的電勢差 也必定相等，所以整個導(dǎo)體是等勢體，表面是等勢面 . 如右圖所示為空腔球形導(dǎo)體 (不帶電 )， 現(xiàn)將 一個帶正電的小金屬球 A放入腔內(nèi) ， 靜電平衡 時 ， 圖中 a、 b、 c三點(diǎn)的場強(qiáng) E和電勢 的關(guān)系 是 ( ) A Ea Eb Ec， a b c B Ea Eb Ec， a b c C Ea Eb Ec， a b c
12、 D Ea Ec Eb， a b c 解析： 答案： D 【 跟蹤發(fā)散 】 1 1：如右圖所示 ， 點(diǎn)電 荷 A和 B帶電荷量分別為 3.0 10 8 C和 2.4 10 8 C， 彼此相距 6 cm.若在兩點(diǎn)電荷 連線中點(diǎn) O處放一個半徑為 1 cm的金屬球殼 ， 求球殼感應(yīng)電荷在該中點(diǎn)處產(chǎn)生的電場強(qiáng) 度 解析： q 1 在 O 點(diǎn)的場強(qiáng)大小為 E 1 k q 1 d 2 2 3 10 5 N/C ，方向由 O 指向 B ； q 2 在 O 點(diǎn)的場強(qiáng)大小為 E 2 k q 2 d 2 2 2.4 10 5 N/C ，方向由 O 指
13、向 B ；設(shè)感應(yīng)電荷在 O 點(diǎn)的場強(qiáng) 為 E 3 ，由靜電平衡條件知 E 3 E 1 E 2 5.4 10 5 N/C ，方向 由 O 指向 A . 答案： 5.4 105 N/C 方向由 O指向 A 將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球 A放在不帶電的金屬空心 球 C內(nèi) (不與球接觸 )， 另有一個懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球 B向 C靠近 ， 如右圖所示 ， 于是有 ( ) A A向左偏離豎直方向 ， B向右偏離豎直方向 B A的位置不變 ， B向右偏離豎直方向 C A向左偏離豎直方向 ， B的位置不變 D A和 B的位置都不變 【 思路點(diǎn)撥 】 小球 A
14、在金屬殼 C內(nèi)，因金屬殼的屏蔽作用而 不受 B球電場的影響，由于 A的作用， C球外殼帶正電將對 B有 力的作用 解析： 帶正電的小球 A放在不帶電的空心球 C內(nèi) ， 由于靜電 感應(yīng) ， 空心球外殼帶正電 ， 內(nèi)壁帶負(fù)電 ， 因此 B所在處有電場 ， 所以 B在電場力作用下向右偏而靠近 C；由于空心球能屏蔽 B 球的電場 ， 所以 ， A所在處場強(qiáng)為零 ， 故 A球不受電場力 ， 位置不變 故選 B. 答案： B 【 反思總結(jié) 】 對靜電屏蔽問題要區(qū)分是哪種屏蔽形式 【 跟蹤發(fā)散 】 2 1：在下列實(shí)驗中 ， 驗電器 的金屬箔會張開的是 ( ) 答案： B
15、 1 在一個導(dǎo)體球殼內(nèi)放一個電荷量為 Q的點(diǎn)電荷 ， 如下圖所示 ， 用 Ep表 示球殼外任一點(diǎn)的場強(qiáng) ， 則 ( ) A 當(dāng) Q在球殼中央時 ， Ep 0 B 不論 Q在球殼內(nèi)何處 ， Ep一定為零 C 只有當(dāng) Q在球心且球殼接地時 ， Ep 0 D 只要球殼接地 ， 不論 Q在球殼內(nèi)何處 ， Ep 0 解析： Q在球殼內(nèi)任何位置 ， 只會影響球殼內(nèi)的負(fù)電荷分布；球殼外 部帶正電荷會使外部場強(qiáng)不為零 ， 所以 A、 B錯 而球殼接地會使外部電 荷導(dǎo)入大地 ， 所以外部場強(qiáng)才會為零 ， 故 C也錯 ， 選 D. 答案： D 2 某農(nóng)村小塑料加工廠的高頻熱合機(jī) (焊縫用 )產(chǎn)
16、生的電磁波 頻率和電視信號頻率接近 ， 由于該村尚未通有線電視信號 ， 空中的信號常常受到干擾 ， 在電視熒屏上出現(xiàn)網(wǎng)狀條紋 ， 影 響正常收看 為了使電視機(jī)不受干擾 ， 可采取的辦法是 ( ) A 將電視機(jī)用一金屬籠子罩起來 B 將電視機(jī)用一金屬籠子罩起來 ， 并將金屬籠接地 C 將高頻熱合機(jī)用一金屬籠子罩起來 D 將高頻熱合機(jī)用一金屬籠子罩起來 ， 并將金屬籠接地 解析： 為了使電視機(jī)能接收電磁波信號 ， 但 又不接收高頻熱合機(jī)產(chǎn)生的電磁波 ， 應(yīng)將高頻 熱合機(jī)產(chǎn)生的電磁波信號屏蔽 ， 而接地金屬籠 子具有屏蔽內(nèi)電場的作用 ， 故選項 D正確 答案： D 3
17、 避雷針能夠避免建筑物被雷擊的原因是 ( ) A 云層中帶的電荷被避雷針通過導(dǎo)線導(dǎo)入大地 B 避雷針的尖端向云層放電 ， 中和了云層中的電荷 C 云層與避雷針發(fā)生摩擦 ， 避雷針上產(chǎn)生的電荷被導(dǎo)入大地 D 以上說法都不對 解析： 帶電荷的云層靠近避雷針時 ， 在避雷針尖端感應(yīng)出 與云層相反的靜電 ， 達(dá)到一定程度就向空中放電 ， 中和云層 中的電荷 ， 從而避免遭受雷擊 ， 所以只有 B正確 答案： B 4 (2010浙江理綜 )請用學(xué)過的電學(xué)知識判斷下列說法正確的 是 ( ) A 電工穿絕緣衣比穿金屬衣安全 B 制作汽油桶的材料用金屬比用塑料好 C 小鳥停
18、在單根高壓輸電線上會被電死 D 打雷時 ， 呆在汽車?yán)锉却粼谀疚堇镆ｋU 解析： 由靜電屏蔽的知識可知 ， A、 D選項均錯；金屬可以 消除多余的靜電 ， B項正確；單根高壓輸電線上相距較近的兩 點(diǎn)之間電阻很小 ， 因而電壓較小 ， 小鳥不會被電死 ， C選項錯 誤 答案： B 5具有一定厚度的空心金屬球殼的球心位 置處放一正電荷，下面中的四個圖畫出了 其空間電場的電場線情況，符合實(shí)際情況 的是 ( ) 解析： 靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部 (實(shí)體部分 ) 場強(qiáng)處處為零 ， 靜電感應(yīng)的結(jié)果使球殼上的電 荷分布如圖所示 答案： D 6 如右圖所示 ， 在絕緣板上放有
19、一個不帶 電的金箔驗電器 A和一個帶正電荷的空腔導(dǎo) 體 B.下列實(shí)驗方法中能使驗電器箔片張開的 是 ( ) A 用取電棒 C(帶絕緣柄的導(dǎo)體棒 )先跟 B的內(nèi) 壁接觸一下后再跟 A接觸 B 用取電棒 C先跟 B的外壁接觸一下后再跟 A 接觸 C 用絕緣導(dǎo)線把驗電器跟取電棒 C的導(dǎo)體部 分相連 ， 再把取電棒與 B的內(nèi)壁接觸 D 使驗電器 A靠近 B 解析： 在 A選項中先和 B的內(nèi)壁接觸后 ， 由 于 B的內(nèi)壁本身沒有電荷 ， 所以再接觸 A時驗 電器箔片不張開；而 B項中可以使 C球帶電 ， 從而使 A球帶電； C項中用絕緣導(dǎo)線實(shí)際上將 驗電器和 B連成了一個導(dǎo)體 ，
20、 A球因接觸而帶 電； D項中是感應(yīng)起電 所以 B、 C、 D項正 確 答案： BCD 7.如右圖所示 ， 在電場強(qiáng)度為 E的勻強(qiáng)電場中 ， 放置一長為 L的金屬細(xì)棒 ab， 它與場強(qiáng) E的夾角為 ， 則棒上兩端點(diǎn) a、 b間的電勢差 Uab為 ( ) A EL B ELsin C ELcos D 0 解析： 因為金屬細(xì)桿 ab是一導(dǎo)體 ， 在電場中達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時是一個 等勢體 ， 外表面是一個等勢面 ， 所以 Uab 0， 正確選項為 D. 答案： D 8 如下圖所示 ， 空心導(dǎo)體上方有一靠的很近的帶電 體 ， 帶有正電荷 ， 有一束帶負(fù)電的小液滴
21、 (重力不能 忽略 )， 以速度 v水平飛入空心導(dǎo)體腔內(nèi) ， 則小液滴的 運(yùn)動情況可能是 ( ) A 勻速直線運(yùn)動 B 變速直線運(yùn)動 C 向上偏轉(zhuǎn)的曲線運(yùn)動 D 向下偏轉(zhuǎn)的曲線運(yùn)動 答案： D 9 使帶電的金屬球靠近不帶電的驗電器 ， 驗電器的箔片張開 ， 如下圖所 示表示驗電器上感應(yīng)電荷的分布情況 ， 正確的是 ( ) 解析： 帶負(fù) (正 )電的金屬球靠近不帶電的驗電器時 ， 在驗電器上感應(yīng)出 異種電荷 ， 驗電器的頂端帶上了正 (負(fù) )電荷 ， 金屬箔片帶上了負(fù) (正 )電 答案： B 10.(2010海南卷 )利用靜電除塵器可以消除空氣 中的粉塵靜電除塵器由金屬管 A和懸在管中 的金屬絲 B組成， A和 B分別接到高壓電源的正 極和負(fù)極，其裝置示意圖如右圖所示 A、 B之 間有很強(qiáng)的電場，距 B越近，場強(qiáng) ________(填 “越大”或“越小” ) B附近的氣體分子被電 離成為電子和正離子，粉塵吸附電子后被吸附 到 ________(填“ A”或“ B”)上，最后在重力作 用下落入下面的漏斗中 答案： 越大 A
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