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课标要求第4节静电的防止与利用1．知道静电平衡的概念，知道静电平衡是静电感应的结果。2．了解尖端放电及其应用。3．知道静电屏蔽及其应用。4．了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的原理。一、静电平衡与尖端放电1．填一填(1)静电平衡放入电场中的导体，由于静电感应，导体两侧出现异种电荷，而感应电荷在导体内部产生的电场与原电场，使导体内部的电场，当导体内部电场为0时，导体内的自由电荷不再发生移动，这时导体就达到静电平衡。(2)导体处于静电平衡状态时，其内部的电场强度处处为___。反向减弱定向0(3)尖端放电①在导体的外表面，越尖锐的位置，电荷的越大，周围的电场强度越大。②电离：导体尖端周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子从而使空气分子中的正负电荷的现象。③尖端放电：导体尖端周围被强电场电离的粒子中，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，相当于导体从尖端电荷的现象。④应用：建筑物的顶端安装上避雷针以达到避免雷击的目的；高压设备中导体的表面尽量，以减少电能损失。密度碰撞分离中和失去光滑2．判一判(1)放入电场中的导体两侧出现异种电荷是静电感应导致的。()(2)处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为0。()(3)带电导体尖端电荷密度大，周围电场强度也大。()√√√3．选一选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解析：导体内部电场强度处处为零是由于感应电荷的电场与外电场叠加的结果，故D正确。答案：D二、静电屏蔽与静电吸附1．填一填(1)静电屏蔽①处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的。②静电屏蔽：放入电场中的导体壳，由于静电感应，壳内电场强度为0，外电场对壳内的仪器产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。③应用：把电学仪器放在封闭的金属壳或里；野外三条高压输电线上方架设两条导线，与相连，把高压输电线屏蔽起来。外表面不会金属网大地(2)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，尘埃到达电极而被收集起来。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：复印机的核心部件是有机光导体鼓，在没有光照时是绝缘体，有光照时是导体。复印机复印的工作流程：充电、曝光、显影、转印、放电。2．判一判(1)把仪器放在金属网内和放在封闭的金属壳内能起到同样的静电屏蔽作用。()(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)飞机轮上装上拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。()√×√3．想一想把手机放在不锈钢快餐杯中并用盖子盖住，手机还能接通吗？如果放在塑料饭盒中呢？试一试并解释其中的原因。提示：手机放在塑料饭盒中能够接通，放在不锈钢快餐杯中不能接通。这是因为不锈钢快餐杯能够形成静电屏蔽，手机无法接收到外界的电磁信号，所以不能接通。对静电平衡的理解[学透用活]1．静电平衡状态的实质由于静电感应，在导体两侧出现等量异种的感应电荷，感应电荷在导体内部形成与原电场E0反向的电场E′，在导体内任一点E′＝－E0，使得合电场强度E内＝0。2．对孤立带电导体的理解对一孤立带电导体，可视为导体处于自己所带电荷的电场中，达到静电平衡时，也有两个基本特点：一是导体内部的场强处处为零，二是导体所带电荷只能分布在导体的外表面上。这种情况下导体内部场强为零的本质是：导体表面所带全部电荷在内部任一处产生的电场强度的矢量和为零。3．对静电平衡时导体上电荷的分布的理解(1)实心导体：导体内部无电荷，电荷只分布在导体外表面上。(2)空腔导体：空腔内无电荷时，电荷分布在外表面上(内表面无电荷)；空腔内有电荷时，内表面因静电感应出现等量的异号电荷，外表面有感应电荷。[典例1]如图所示，在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，它们相距L，如果在两点电荷连线的中点O有一半径为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点的场强为()A.12kQL2，水平向右B.12kQL2，水平向左C.3kQL2，水平向右D.3kQL2，水平向左[解析]两个点电荷A和B在O点处产生的合场强大小为E1＝kQL22＋k2QL22＝12kQL2，方向水平向左。根据静电平衡导体的特点可知，球壳上的感应电荷在O点处的场强大小与两个点电荷A和B在O点处产生的合场强大小相等、方向相反，则球壳上的感应电荷在O点处的场强大小为E2＝E1＝12kQL2，方向水平向右，故A正确，B、C、D错误。[答案]A[规律方法]感应电荷场强的求解思路(1)求解外电场在该处场强的大小和方向。(2)利用导体内部合场强处处为零和电场的叠加原理，求解感应电荷在该处的场强，此场强与外电场的场强大小相等、方向相反。[对点练清]1.一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10－8C的正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8C的负电荷，使B球和A球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷量分别为()A．QA＝10－8C，QB＝10－8CB．QA＝2×10－8C，QB＝0C．QA＝0，QB＝2×10－8CD．QA＝4×10－8C，QB＝－2×10－8C解析：A、B接触达到静电平衡后，净电荷只分布在A的外表面上，故B项正确。答案：B2．[多选]如图所示，在绝缘板上放有一个不带电的金属箔验电器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A的箔片张开的是()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．用绝缘导线把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A靠近B解析：A项中C先和B的内壁接触，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时，A的箔片不张开；B项中C和B的外壁接触后，可以使C带电，从而使A带电；C项中用绝缘导线实际上是将A和B连成了一个导体，A因接触而带电；D项中A因感应起电，所以B、C、D项正确。答案：BCD3．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内部产生的电场分布情况正确的是()解析：由于金属盒内部处于静电平衡状态，所以内部每点的合电场强度都为0，即金属盒内的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，故选项C正确。答案：C对静电屏蔽的理解[学透用活]1．导体内部不受外部电场影响的情况(1)现象：由于静电感应，验电器箔片张开，如图甲所示。将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图乙所示，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的情况(1)现象①如图甲所示，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。[典例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。下列说法正确的是()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]C对外界电场有静电屏蔽作用，使处于C内部的A不受外界电场影响，所以A的位置不变；但A在C的外表面感应出正电荷，所以B将向右偏，B正确。[答案]B[易错警示]静电屏蔽问题的三点注意(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。[对点练清]1．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正确，B、C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，由电场叠加可知，电场线的方向由A指向B，所以空腔内电场强度不为零，故A错误。答案：D2．如图所示，接地的空心金属球壳B右侧有一原来不带电的枕形导体C，现将带正电的小球A，置于空心金属球壳B的内部，则下列说法中正确的是()A．球壳B带负电，枕形导体C的左端带负电B．球壳B带负电，枕形导体C的左端带正电C．球壳B带负电，枕形导体C的左端不带电D．球壳B不带电，枕形导体C的左端不带电解析：A置于球心后，球内部感应出负电荷，由于接地，球外部不带电，故枕形导体C的左端不带电，C正确。答案：C3．[多选]如图所示，带电体Q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷。在静电平衡后，下列物理量中等于零的是()A．导体腔内任意点的电场强度B．导体外任意点的电场强度C．导体外表面的电荷量D．导体空腔内表面的电荷量解析：静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为零，且内表面不带电，故选项A、D正确，B错误。导体外表面受带电体Q的影响，所带电荷量不为零，故选项C不正确。答案：AD一、古建筑上的避雷针[科学思维][选自鲁科版新教材P25“物理聊吧”]请观察建筑物上的避雷针(如图)，看它们是如何巧妙设计的，分析它们如何能安全引电避雷，它们的造型与建筑物是否协调，并与同学讨论交流。[提示]在古建筑物的屋顶、屋角设置各种造形的动物，避雷针以动物头上的角须形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装，另一端引入大地，从而起到避雷效果。二、STSE类问题，体现活学活用[选自鲁科版新教材P27第3题][多选]静电除尘器除尘原理如图所示。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向收尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列表述正确的是()A．带电尘埃带正电荷B．电场方向由收尘极指向电晕极C．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同D．在同一位置，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大解析：由题图可知，电晕极为负极，收尘极为正极，带电尘埃必带负电，电场方向指向电晕极，带电尘埃受到的电场力方向与电场方向相反，A、C错误，B正确；在同一位置上，电场强度大小相同，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大，故D正确。答案：BD