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1．7静电现象的应用学习目标学习重点考查热度知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态下导体的特征★★★知道静电屏蔽现象、电荷在导体表面分布规律及尖端放电现象★★基础梳理一、静电平衡1．静电平衡现象导体在外电场E0的作用下，在沿外电场方向两端的表面出现等量异种电荷(局部带电)的现象叫静电感应．表面出现的电荷叫感应电荷，如图所示：2．条件导体内部感应电荷的电场E感大小与外电场场强E0大小相等、方向相反，所以E合＝0.二、电离与尖端放电1．电离的过程：导体尖端的电荷密度(单位面积的电荷量)大，附近的电场很强，空气中的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的分子撞“散”，即使分子中的正、负电荷分离．电离的结果：就是使原来中性的分子分为正离子与自由电子．2．尖端放电：空气被电离后，与导体尖端所带电性相反的带电粒子会向尖端运动，把尖端上的电荷中和，从而使尖端失去电荷的过程．利：避雷针可以通过尖端放电及时泄放电荷，避免建筑物被雷击．弊：高压设备带电部分会通过尖端放电损失电荷，所以把高压设备表面要做成光滑的．三、静电屏蔽1．屏蔽内部：使用金属壳(网罩)把需要屏蔽的部分包在内部．可以使内部区域不受外部电场的影响．此金属球壳(网罩)不需要接地，如图．实验：可以把手机放入金属盒，手机收不到信号，提示无法接通．原理：静电平衡状态下，导体内部场强处处为零．2．屏蔽外部：把能辐射电磁波的物体用金属壳(网罩)包在内部，并把金属球壳(网罩)接地，因为金属壳外表面电荷被导入大地，所以外面空间没有电磁波，如图(b)．例子：家用电器中三孔插座中有一个是接地线，电脑、冰箱外壳都是金属的，通过接地线接地，能有效防止电脑、冰箱内产生电磁波外泄．但是不接地则不能起到屏蔽效果．四、解决静电平衡问题的方法1．解决静电平衡问题可依静电平衡状态导体内部场强为零等特点．2．远近端法：处在电场中的导体与场源电荷距离较近的端称“近端”，反之则为远端．只要是用导体连接在一起的多个导体都看作一个大的导体，如题中经常有用手触碰导体，人则相当于导线，把导体和大地连接在一起了．规律方法考点鸟瞰高考热度考点一：利用静电平衡求感应电荷的场强★★★考点二：利用“近端”与“远端”判断导体带电情况★★★考点三：利用“内部”“外部”判断导体带电情况★★考点一利用静电平衡求感应电荷的场强静电平衡时，导体内部合场强为零，原因是外电场与感应电场在导体内部处处大小相等、方向相反．由于感应电荷的分布是不可知的，但外电场或外电场场源电荷是已知的．所以求出外电场在导体内部某点的场强大小即是感应电荷在此点产生的电场的大小，只是方向相反，同理，感应电场的电场线分布与外电场电场线分布也是相同的，只是方向相反．在孤立点电荷＋Q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A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)．【解析】如图所示画出感应电荷形成的附加电场在圆盘A内的三条电场线(实线)，如图所示．导体A处于静电平衡状态，因此内部每点的合场强都为零，即导体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，且方向相反．【答案】见解析(多选)图中接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电荷量为＋Q，到球心的距离为r，下述说法中正确的是()A．因为A球接地，A球电势为零，所以A球不带电B．A球带负电，且A球上感应电荷在球心处产生的场强大小是kQr2C．A球带正电，且A球上感应电荷在球心处产生的场强大小是kQR2D．A球的电势为零，A球内合场强也为零【解析】A球是“近端”，故带负电，A项错误．本题求解的是点电荷Q在球心处的场强，不是合场强．根据点电荷场强公式求得E＝kQr2，故B项正确，C项错误．A接地，所以其电势为零，又处于静电平衡状态内部合场强为零，所以D项正确．【答案】BD概念理解对静电平衡状态的理解(1)静电平衡状态下，导体内部的合场强为零．反证法证明：如果导体内部场强不为零，那自由电子就要在电场力作用下发生定向运动．(2)静电平衡状态下，导体表面出现感应电荷，感应电荷只分布在导体的表面上．反证法证明：如果电荷在导体内部，那导体内部的场强就不为零了．(3)导体表面虽然有的区域带正电，有的区域带负电，但表面是等势面，导体是等势体．反证法证明：如果导体不是等势体，那自由电子就要从电势低的地方向电势高的地方做定向移动．那也就不是静电平衡状态了．(4)导体表面的电场(电场线)方向与表面垂直．反证法证明：如果电场线不与表面垂直，那么场强有沿导体表面的分场强，那导体表面的自由电子会在分场强产生的电场力作用下发生定向运动．(5)静电平衡的导体，表面越尖锐的地方．电荷的表面密度(单位面积的电荷量)越大．凹陷位置几乎没有电荷．考点二利用“近端”与“远端”判断导体带电情况处于电场中的导体“近端”带异种电荷，“远端”带同种电荷．如果用手摸导体，则导体和大地连通为一个大的“导体”，此时大地相当于“远端”而导体相当于近端．同时接地的导体能保护外部空间不受内部电荷影响．如图所示，A为空心金属球，B为金属球，将另一带正电的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手摸一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则()A．A球带负电，B球带正电B．A球带负电，B球不带电C．A、B两球都带负电D．A、B两球都带正电【解析】把正电荷放入A球壳内部，A球壳内表面相当于“近端”，外表面相当于“远端”，所以内表面出现负感应电荷，外表面出现正感应电荷．用手摸A球壳时，A球壳相当于和大地是一个导体．A球内表面是“近端”，地球是远端．所以内表面仍带负电，但此时A球外表面不再带正电，而是地球带正电(可以忽略不计)，此时A外表面不带电，所以A外部空间无电场，所以B球上面无感应电荷，用手摸B球，并不能使B球带电．故B项正确．【答案】B考点三利用“内部”“外部”判断导体带电情况静电平衡时导体内部是不带电的，所以用带电的导体触碰导体内表面，导体上的电荷就会由内表面转移到外表面．利用这种方法也可以积累电荷．不接地导体壳(网)屏蔽内部空间，接地导体壳(网)屏蔽外部空间．一个带有绝缘座的空心金属球壳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【解析】根据接触带电原理和静电平衡条件知，正负电荷应该先中和，剩余电荷由于相互排斥离开尽量远，所以只能分布在导体外表面，故B项正确，A、C、D三项错误．【答案】B电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，下列说法正确的是()A．铜丝编织的衣服不容易拉破，所以用铜丝编织衣服B．电工被铜丝编织的衣服所包裹，使体内电势保持为零，对人体起保护作用C．电工被铜丝编织的衣服所包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用D．铜丝必须达到一定的厚度，才能对人体起到保护作用【解析】当人体直接处于强大电场之中时，很容易由于静电感应而被电伤．若被铜丝编织的衣服所包裹，当达到静电平衡时，铜丝衣服的屏蔽作用使人体内电场强度保持为零，对人体起保护作用．【答案】C聚焦高考高考考纲高考热度静电平衡状态★本节高考极少涉及，做一般了解即可．