1、7 静电现象的应用,【自主预习】 1.静电感应现象：把导体放入电场中，导体内部的自 由电荷在_作用下定向移动，而使导体两端出现 _电荷的现象。,电场力,等量异种,2.静电感应的因果关系：,自由电荷,异种电荷,-E外,3.静电平衡： (1)定义：导体中(包括表面上)没有电荷_的 状态。,定向移动,(2)特点。 导体内部场强处处为_。 导体是个_，表面是个_。 导体表面上任一点的电场线方向跟该点的表面_。 导体内部_电荷，电荷分布在导体的_。 且在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度_，凹 陷的位置几乎_。,零,等势体,等势面,垂直,没有,外表面,越大,没有电荷,4.尖端放电： (1)尖端放电：空气
2、被电离后，那些所带电荷与导体尖 端的电荷电性相反的粒子，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_ 的现象。,中和,失去电荷,(2)应用和防止。 应用：避雷针是利用_避免雷击的一种设 施。 防止：高压设备中导体的表面_会减少电能 的损失。,尖端放电,尽量光滑,5.静电屏蔽： (1)定义：当金属外壳达到静电平衡时，内部_电 场，因而金属的外壳会对其_起保护作用，使其 _不受外部电场影响的现象。 (2)应用：电学仪器外面有_，野外高压线上方 还有_与大地相连，都是利用静电屏蔽消除外 电场的影响。,没有,内部,内部,金属壳,两条导线,【预习小测】 1.处于静电平衡的导体内部场强处处
3、为零是因为( ) A.导体内部无电场 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场强为零 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】选D。当导体处于静电平衡时，外电场与感应电荷的电场在导体内部叠加，合场强为零，导致处于静电平衡的导体内部场强处处为零，故只有D正确。,2.避雷针能够避免建筑物被雷击是因为( ) 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,【解析】选B。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电荷，达到
4、一定程度就向空中放电，中和云层中的电荷，从而避免建筑物遭受雷击，所以只有B正确。,3.在点电荷-Q的电场中，一个金属圆盘处于静电平衡状态，若圆盘与点电荷在同一平面内，则盘上的感应电荷在盘中A点所激发的附加场强E的方向是图中的 ( ),【解析】选A。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，故选项A正确。,主题一 静电平衡下的导体 【互动探究】 如图所示，将一不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的匀强电场中。,(1)导体ABCD内部自由电子怎样移动？电子的移动最终会出现怎样的结果？,提示：将呈电中性状态的金属导体放入场强为E0的 静电场中，导体内自由电子便受到与场强E
5、0方向相反 的电场力作用，如图甲所示。自由电子要向电场E0 的反方向做定向移动，并在导体的一个侧面聚集，使 该侧面出现负电荷，而相对的另一侧出现“过剩”的 等量的正电荷，导体沿着电场强度方向两端出现等量 异种电荷，如图乙所示。等量异种电荷在导体内部,形成与场强E0反向的场强E，在导体内任一点的场强 可表示为E内=E0+E，因附加电场E总与外电场E0方 向相反，叠加的结果削弱了导体内部的电场，随着导 体两侧感应电荷的继续增加，附加电场E增强，合场 强E内将逐渐减小，当E内=0时，自由电子的定向移动也 就停止了，这时就达到了静电平衡状态，如图丙所 示。,(2)在问题(1)中导体上感应电荷在导体内某
6、点产生的场强多大？ 提示：由于导体内场强为零，即感应电荷产生的电场与原电场的合场强为零，E=E0。,(3)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与这点的表面有什么关系？ 提示：垂直。假如导体表面的电场强度方向与该点的表面不垂直，则沿表面有电场强度的切向分量，在导体表面的自由电荷将受到库仑力的作用而发生定向移动，这与静电平衡相矛盾，故外部表面附近任何一点的场强方向与这点的表面相垂直。,(4)处于静电平衡状态的导体，其电势情况是怎样的？ 提示：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，表面电场强度垂直于导体表面。因此，当在导体内部移动电荷时，就不受库仑力作用，没有库仑力做功，根据
7、W=qU得U=0，即导体内任意两点间的电势差为零，即等电势。所以电场中的导体是一等势体，导体的表面是一等势面。,【探究总结】 1.对静电平衡的理解： (1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动。 (2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。 (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。,2.静电平衡导体电荷分布特点： (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整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。 (3)导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体的表面。
8、 (4)在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。,【典例示范】 (2018成都高二检测)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，如图所示。当棒达到静电平衡后，下列关于棒上的感应电荷在棒内中点处产生的场强大小和方向判断正确的是 ( ),【解题指南】解答本题应把握以下两点： (1)本题中感应电荷是面分布，不是点电荷，且电荷量 未知，不能直接用E=k 求解。 (2)静电平衡状态下导体内部场强处处为零，即感应电 荷产生的场强与外电场的场强等大反向。,【解析】选C。导体棒在点电荷+q的电场中发生静电感 应，左端表面出现负电荷，右端表面出现正电荷。
9、棒 内任何一点都有两个电场，即外电场：+q在该点形成 的电场E0；附加电场：棒上感应电荷在该点形成的电 场E。达到静电平衡时棒内场强为零，即E=E0。题 中所求的即为E，于是我们通过上述等式转化为求E0。,棒中点距离+q为r=R+ ，于是E=E0= ，E和 E0方向相反，方向向左，C正确。,【探究训练】 1.(2018烟台高二检测)如图所示 为一空腔球形导体(不带电)，现在 将一个带正电的小金属球A放入空 腔中，当静电平衡时，图中a、b、c 三点的场强E和电势的关系是( ),A.EaEbEc，abc B.Ea=EbEc，a=bc C.Ea=Eb=Ec，a=b=c D.EaEcEb，abc,【解
10、析】选D。空腔球形导体在正电荷A的电场中感应的结果如图所示，从电场线的疏密可确定a点场强大于c点场强，而b点场强为零，故EaEcEb，而沿着电场线电势降低，故abc，D选项正确。,2.(多选)如图所示，在真空中把一导体AB向带负电的小球P缓慢地靠近(不接触，且未发生放电现象)时，下列说法中正确的是( ),A.B端的感应电荷越来越多 B.导体内部场强越来越大 C.导体的感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强 D.导体的感应电荷在M、N两点产生的场强相等,【解题指南】解答本题应明确以下两点： (1)导体处于静电平衡时内部场强处处为零， 即E感=-E外。 (2)点电荷的场强公式E=k 。,【解
11、析】选A、C。导体靠近带负电的小球P时，导体中 的自由电子受到带负电小球P产生的电场的作用，不断 地向B端移动，B端的感应电荷不断增多，故选项A正 确。由于导体AB缓慢移动，故导体处于静电平衡是在 很短的时间内完成的。带负电小球P产生的电场和导体 AB上感应电荷产生的电场叠加的结果会使导体内部各 处的合场强总等于零，故选项B错误。M点距小球P的距,离比N点要近，由E=k 可知，带负电小球P在M点产生 的场强大于在N点产生的场强，而导体内部的合场强处 处为零，那么导体上的感应电荷在M点产生的附加电场 的场强就大于在N点产生的附加电场的场强，故选项C 正确，选项D错误。,【补偿训练】 1.(多选)
12、如图所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷+Q，a、b点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】选B、C、D。金属板若不接地，右侧表面将有 感应的负电荷，左侧表面将有感应的等量正电荷；现 金属板接地，正电荷通过接地导线移向大地，静电平 衡时左侧表面不带电，整个金属板的电势都为零，所 以选
13、项A错误，选项B、C正确。金属板接地时，右侧表 面上仍有感应负电荷，而且a点附近的电荷面密度(单 位表面积的电荷量)比b点附近的电荷面密度要大些，,场强要强(大)些，电场线也密一些；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，所以选项D也正确。,2.(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.导体空腔内任意点的场强 B.导体空腔内任意点的电势 C.导体外表面的电荷量 D.导体空腔内表面的电荷量,【解析】选A、B、D。静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，且
14、内表面不带电，故选项A、D正确。由于导体接地，故整个导体的电势为零，选项B正确。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。,3.一个带绝缘底座的空心金属球A带有410-8C的正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球B带有210-8C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=10-8C B.QA=210-8C，QB=0 C.QA=0，QB=210-8C D.QA=410-8C，QB=-210-8C 【解析】选B。A、B两带电小球接触中和后净电荷只分布在外表面上，故B项正确。故选B。,【通法悟道】静电平衡导体电荷分布
15、的分析方法 (1)“远近观”法：处于静电平衡状态的导体，离场源电荷较近和较远的两端感应出等量的异种电荷，而导体的中间部分因感应电荷较少，可认为无感应电荷产生，如图甲所示。,(2)“整体观”法： 当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，如有些问题所提到的“用手触摸某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体。,不要认为导体内部没有电荷，用导线连接带电体内部时，小球Q就不带电。其实连接后就已成为一个整体，故小球通过导线得到了电荷，如图乙所示。,主题二 尖端放电 静电屏蔽 【互动探究】 情景1：如图甲所示，使带正电的金属球靠
16、近验电器。,情景2：如图乙所示，若用一个金属网罩把验电器罩住，再让带电金属球靠近验电器。,情景3：如图丙，金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属网罩，如图丁，把金属网罩接地。,试结合上述三种情境，讨论下列问题： (1)情景1中，验电器的箔片是否张开？ 提示：使带正电的金属球靠近验电器，验电器的箔片会张开。,(2)验电器的箔片是否张开？这些现象说明了什么？ 提示：用一个金属网罩把验电器罩住，再让带电金属球靠近，验电器的箔片不张开。说明图甲中的验电器受到附近带电体的影响；图乙中金属网罩内的验电器不受附近带电体的影响。,(3)情景3中，图丙验电器的箔片是否张开？图丁验电器的箔片是否张开？这
17、些现象说明了什么？ 提示：金属网罩不带电，罩内小球带正电，将验电器靠近金属网罩，验电器箔片张开。把金属网罩接地，则验电器箔片不张开。这些现象说明网罩不接地时内部带电体产生的电场能影响外界；金属网罩接地时，内部电场不影响外界。,【探究总结】 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，矢量和为零而已。,2.静电屏蔽的两种情况： (1)导体内空腔不受外界影响，如图甲所示。 (2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示。,【拓展延伸】 1.静电屏蔽的实现过程：
18、(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，当金属壳接地时，外表面的感应电荷传给地球，外部电场消失，对外起到屏蔽作用。,2.静电屏蔽的分类： (1)外屏蔽：金属外壳不接地，则外表面会产生与内部带电体等量且同号的感应电荷，此时感应电荷的电场将对外界产生影响，这时金属外壳只能对外电场屏蔽，却不能屏蔽内部带电体对外界的影响，所以叫外屏蔽。,(2)全屏蔽：金属外壳接地，即使内部有带电体存在，这时内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零，而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地。外界对壳内无法影响，内部带电体对外
19、界的影响也随之而消除，所以这种屏蔽叫作全屏蔽。,(3)应用：为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用到科学技术工作中。例如，电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮等，都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。,【典例示范】 一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是图中的( ),【解题指南】解答本题应明确以下三点： (1)静电感应的规律。 (2)静电平衡状态的特点。 (3)电场线的分布规律。,【解析】选B。根据静电感应，空心球的内侧感应出负电荷，外表面带正电荷，球壳内部场强处处为零，电场线中断，根据电场线的特点可知B正确，A、C、D错误。,【探究训练】 (多选)(20
20、18怀化高二检测)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】选A、C。若M接地，空心导体球M外没有电场，N上无感应电荷，A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错误，C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错误。,【补偿训练】 1.
21、(多选)(2018郑州高二检测)下面四幅图中涉及静电屏蔽现象的有( ),A.烟囱上的铁针 B.办公用复印机 C.输电线上方的两条与大地相连的导线 D.用来装硬盘的铝箔袋,【解析】选C、D。当带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，逐渐中和云中的电荷，使建筑物免遭雷击，其原理为尖端放电，故A错误。办公用复印机，是静电的应用，故B错误；高压输电线上方还有两条导线，这两条导线的作用是它们与大地相连，形成稀疏的金属“网”把高压线屏蔽起来，免遭雷击，故C正确；用来装硬盘的铝箔袋，起到静电屏蔽的作用，故D正确。,2.(多选)如图所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球壳B内(与内壁不接触)。外加一个水平向右的场强为E的匀强电场，对于最后的结果，下列判断正确的是( ),A.B的右端带正电，A向左偏 B.B的右端带正电，A不偏左也不偏右 C.B的左端带正电，A向右偏 D.B的左端带负电，A不偏左也不偏右,【解析】选B、D。导体空腔处于外电场中时，由于静电感应的作用，导体球壳的左端将感应出负电荷，右端将感应出正电荷，而导体空腔内部完全不受外加电场的影响。故A不会偏转，故A、C错误，B、D正确。故选B、D。,【课堂小结】,
