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主题1静电场7静电现象的应用学科素养与目标要求物理观念：1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点.2.知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因.科学探究：1.观察演示实验并对实验现象分析，体会运用所学知识进行分析推理的方法.2.查阅并搜集资料，了解静电屏蔽在技术和生活中的应用.科学思维：会根据静电平衡条件求解感应电荷产生的场强.NEIRONGSUOYIN内容索引自主预习预习新知夯实基础达标检测检测评价达标过关重点探究启迪思维探究重点自主预习一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布1.静电平衡状态：导体中(包括表面上)的状态.2.静电平衡状态的特征：(1)处于静电平衡状态的导体，内部的电场.(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.(3)处于静电平衡状态的整个导体是个，导体的表面为.没有电荷定向移动处处为0垂直等势体等势面3.导体上电荷的分布：(1)导体没有电荷，电荷只分布在导体的.(2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)，_____的位置几乎没有电荷.内部表面越大凹陷1.空气的电离：导体尖端电荷很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，使分子中的正负电荷的现象.2.尖端放电：与导体尖端异号的粒子，由于被，而与尖端上电荷，相当于导体从尖端的现象.尖端放电的应用与防止：(1)应用：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会减少电能的损失.二、尖端放电和静电屏蔽密度分离吸引中和失去电荷避雷针光滑3.静电屏蔽：金属壳(网)内电场强度保持为，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响的作用叫做.静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连.0静电屏蔽即学即用判断下列说法的正误.(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)静电平衡时，导体内的自由电子处于静止状态.()(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)电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，目的是铜丝衣服有屏蔽作用，使体内场强为零.()×××√√重点探究一、静电平衡状态下的导体如图所示，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，使导体两端出现等量异号电荷.请思考下列问题：(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？导学探究答案自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着与电场相反的方向定向移动.(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？答案不能.感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止.1.处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场E0和感应电荷产生的电场E′的合场强为0，即E0＝－E′.2.孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合场强为0.3.处于静电平衡的导体是等势体，表面是等势面，所以导体表面的电场线应与导体表面垂直.知识深化例1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，如图1所示.当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于________，方向为______.图14kq2R＋l2向左点拨：求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法是：(1)先求出外电场场强E外的大小和方向.(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0.(3)由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向.针对训练1(多选)如图2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方向图2√√[学科素养]静电平衡是外部电荷电场与感应电荷电场叠加的总体效果，通过分析以上两个题目，锻炼了学生的思维能力，体现了“科学思维”的学科素养.二、导体上电荷的分布静电平衡时，导体上的电荷分布有：(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，电荷量相等，近异远同，如图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.甲乙图3例2如图4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并接触，其结果可能是A.只有球壳外表面带正电B.球壳的内表面带负电，外表面带正电C.球壳的内、外表面都带正电D.球壳的内表面带正电，外表面带负电解析小球与球壳接触构成一个新导体，它的电荷量都分布在新导体的外表面，即只有球壳外表面带正电，A对，B、C、D错.√图4针对训练2(多选)如图5所示，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C(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C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触C.用带绝缘外皮的导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触D.使验电器A靠近B√图5√√三、尖端放电静电屏蔽(1)避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施，其原理是什么？导学探究答案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.这个现象叫做空气的电离.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.(2)处于静电平衡状态的导体，其内部场强处处为零，若导体是空心的，则空心部分的场强怎样？静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的？答案空心部分场强为零.静电屏蔽是利用“处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零”，即使内部有自由电子，受到的电场力也为0，自由电子不发生定向移动.1.静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内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.知识深化导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部图示2.静电屏蔽的两种情况实现过程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，起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体例3如图6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从小孔中放入金属壳内，但不与B接触，达到静电平衡状态后，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，所以外表面无感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，则B的内表面带负电，D对，B、C错；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，由电场叠加知，电场线的方向由A指向B，所以空腔内电场强度不为零，A错.√图6图7针对训练3(2018·北大附中高二月考)如图7所示，较厚的空腔球形导体壳中有一个正点电荷，则图中a、b、c、d各点的电场强度大小关系为A.EaEbEcEdB.EaEc＝EdEbC.EaEcEdEbD.EaEbEc＝Ed√解析当静电平衡时，空腔球形导体壳内壁感应出负电荷，外壁感应出正电荷，感应电荷形成的场强与点电荷形成的电场叠加，导致空腔球形导体壳中场强为零.画出电场线的大致分布如图所示.由于a处电场线较密，c处电场线较疏，d处电场线最疏，b处场强为零，则EaEcEdEb，C正确.达标检测1.(静电屏蔽)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√1234562.(尖端放电现象的应用与防止)下列应用与防护不属于尖端放电现象的是A.一般高压设备中导体的表面应该尽量光滑B.一般马路表面建造的很平滑C.夜间高压线周围会出现一层绿色光晕D.一般高楼大厦顶部装有避雷针√12345解析马路表面建造的很平滑与静电无关，A、C、D属于尖端放电现象，故选B.63.(静电平衡的理解)(2018·庆阳一中高二期中)在点电荷－Q的电场中，一金属球处于静电平衡状态，A为球内一点，B为球外表面附近一点，则球上感应电荷在A点和B点所激发的附加场强EA′和EB′的方向在下列几个选项对应的图中最有可能的是√1234564.(导体的电荷分布)一带有绝缘底座的空心金属球壳A带有4×10－8C的正电荷，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8C的负电荷，使B球与球壳A内壁接触，如图8所示，则A、B带电荷量分别为A.QA＝＋1×10－8C，QB＝＋1×10－8CB.QA＝＋2×10－8C，QB＝0C.QA＝0，QB＝＋2×10－8CD.QA＝＋4×10－8C，QB＝－2×10－8C√12345解析B与A接触后，负电荷全部分布在外表面，内壁电荷量为零，故B带电荷量为零，A带电荷量为正、负电荷中和后的电荷量，即QA＝＋2.0×10－8C，故选B.6图85.(静电平衡状态导体特点)(2016·江苏单科)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9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图9123456√6.(感应电荷场强的计算)如图10所示，点电荷A和B带电荷量分别为＋3.0×10－8C和－2.4×10－8C，彼此相距6cm.若在两点电荷连线中点O处放一个半径为1cm的金属球壳，求球壳上感应电荷在O点处产生的电场强度.(静电力常量k＝9×109N·m2/C2)答案5.4×105N/C，方向由O指向A123456图10