1、7 静电现象的应用,一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布 1.静电感应现象：处于电场中的导体，由于_的 作用，电荷出现_的现象。 2.静电平衡状态：导体中(包括表面上)没有电荷_ _的状态。,电场力,重新分布,定向,移动,3.静电平衡状态的特征： (1)处于静电平衡状态的导体，内部的场强_。 (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_。,处处为零,垂直,等势体,等势面,4.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)在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面 积的电荷
2、量)_，_的位置几乎没有电荷。,内部,外表面,越大,凹陷,二、尖端放电和静电屏蔽 1.尖端放电和静电屏蔽的比较：,电离,电离,中和,内部,内部,内部,避雷针,光滑,2.电离：导体尖端的电荷密度_，附近的场强 _，空气中的带电粒子剧烈运动，使空气分子被 撞“散”而使正负电荷_的现象。,很大,很强,分离,【思考辨析】 (1)静电平衡状态下的导体内部场强处处为零。 ( ) (2)处于静电平衡状态下的导体内部任意两点间的电势 差为零，电势也为零。 ( ) (3)静电平衡时导体内的自由电子不再定向移动。( ) (4)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。 ( ),(5)
3、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。 ( ) (6)飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把 静电导入大地。 ( ),提示：(1)。静电平衡时，导体内部感应电荷的电场与外电场叠加，合场强为零。 (2)。静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，任意两点间的电势差为零，整个导体上各点的电势都相等，但电势不一定为零。 (3)。静电平衡时，导体内部场强为零，自由电子不再定向移动。,(4)。避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，避雷针出现与云层相反的电荷。通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，使建筑物避免
4、被雷击。,(5)。用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，由于静电屏蔽，验电器箔片不会张开。 (6)。飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地，防止意外放电。,【生活链接】 为什么安装了防盗网的室内手机信号不好，没安防盗网的室内手机信号好？ 提示：若把手机放入金属网罩中，金属网罩对手机信号起到屏蔽作用，安装防盗网对手机信号有一定影响。故安装了防盗网的室内手机信号不如没安防盗网的室内手机信号好。,知识点一 静电平衡 探究导入： 如图所示，当一个带电体靠近不带电 导体时，由于导体内的自由电子受到 静电力的作用，将向着与电场相反的方向定向移动，从而使导体两端出现等量异种电荷
5、，这就是前面学习的静电感应现象。,(1)这种定向移动是无休止的吗？ (2)电荷的移动对导体内部的电场有何影响？ 提示：(1)这种定向移动不是无休止的，当达到静电平衡后，电子将不再定向移动。 (2)当达到静电平衡后，导体内部的场强处处为零。,【归纳总结】 1.静电平衡的过程： (1)电荷分布的变化情况：金属导体放到场强为E0的电 场中，金属中的自由电荷在电场力作用下定向移动导 致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷。 (2)合场强的变化情况：感应电荷在导体内部产生与原 电场方向相反的电场，导致合场强减小。当感应电荷,继续增加，合场强逐渐减小，合场强为零时，自由电荷的定向移动停止。,2.处于静电
6、平衡时的导体上的电荷分布特点： (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，电量相等，近异远同，如图甲所示。 (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。,【易错提醒】 (1)一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点。 (2)人与大地都是导体，在人摸(触)导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，达到静电平衡状态。,【典题通关】 考查角度1 静电平衡的特点 【典例1】(多选)如图所示，在真空中 把一绝缘导体AB向带负电的小球P缓慢 地靠近(不相接触)时，下列说法中正
7、确的是 ( ),A.B端的感应电荷越来越多 B.导体内部电场强度越来越大 C.导体的感应电荷在M点产生的电场强度大于在N点产生的电场强度 D.导体的感应电荷在M、N两点产生的电场强度相等,【正确解答】选A、C。绝缘导体移近带负电的小球P 时，导体中的自由电子受到带负电小球P产生的电场的 作用力变大，使自由电子不断地向B端移动，A、B两端 的感应电荷不断增多，故选项A正确；由于导体AB是缓 慢移动，导体处于静电平衡是在很短的时间内完成 的，缓慢移动过程中的各个状态，带负电的小球P产生 的电场和导体AB上感应电荷的电场叠加的结果均会使,导体内部各处的合电场强度总等于零，故选项B错误； M点距小球P
8、的距离比N点要近，由 可知，带负电 的小球P在M点产生的电场强度大于在N点产生的电场强 度。而导体内部的合电场强度处处为零，那么导体上 的感应电荷在M点产生的附加电场的电场强度就大于在 N点产生的附加电场的电场强度，故选项C正确，D错误。,考查角度2 求解感应电荷的场强 【典例2】在点电荷-Q的电场中，一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，则盘上感应电荷在盘中A点所激发的附加场强E的方向在图中正确的是 ( ),【正确解答】选A。由于金属圆盘处于静电平衡状态，金属圆盘内各点合场强为零，所以感应电荷的场强与点电荷的场强等大反向。又因为点电荷的电场沿A点与点电荷的连线指向点电荷，所
9、以感应电荷产生的电场方向沿A点与点电荷的连线向外。选项A正确。,【规律方法】感应电荷场强的求解思路 (1)先求解外电场在该处场强的大小和方向。 (2)再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。,【过关训练】 1.对于处在静电平衡状态下的导体，以下说法中正确的是 ( ) A.导体内部既无正电荷，又无负电荷 B.导体内部和外表面处的电场强度均为零 C.导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和为零 D.导体内部电场为零是外加电场与感应电荷产生的电场叠加的结果,【解析】选D。金属导体的内部电场强度处处为零，导 体内部不再有电荷的定向
10、移动，导体的内部没有多余 的净电荷，但不能说导体内部既无正电荷，又无负电 荷，故A错误；金属导体内部电场强度处处为零，电荷 分布在外表面上，表面处的场强不等于0，故B错误； 对于实心导体，导体内部无电荷；对于空腔导体，当 空腔内有电荷时，内表面因静电感应出现等值异号的,电荷，外表面增加感应电荷。因此导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和不一定为零，故C错误；金属导体在点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布，因此在金属导体内部出现感应电荷的电场，正好与点电荷的电场叠加，内部电场强度处处为零，故D正确。,2.一金属球，原来不带电，现沿球的 直径的延长线放置一均匀带电的细杆 MN，如图所示
11、。金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的电场强度分别为Ea、Eb、Ec，三者相比有 ( ) A.Ea最大 B.Eb最大 C.Ec最大 D.Ea=Eb=Ec,【解析】选C。处于静电平衡的导体内部电场强度处处 为零，故a、b、c三点的电场强度都为零，静电平衡的 导体内部电场强度为零是感应电荷产生的电场与外电 场叠加的结果，所以感应电荷在球内某点产生的场强 与MN在这一点产生的场强等大反向。比较a、b、c三点 感应电场的电场强度，实质上是比较带电体MN在这三 点的电场强度。由于c点离MN最近，故MN在c点的电场,强度最大，感应电荷在c点的电场强度也最大，选项C正确。,【补偿训练】 1
12、.如图所示，A是带正电的球，B为不带 电的导体，A、B均放在绝缘支架上，M、 N是导体B中的两点，以无限远处为电势 零点，当导体B达到静电平衡后，说法错误的是( ),A.M、N两点电场强度大小关系为EM=EN=0 B.M、N两点电势高低关系为M=N C.M、N两点电势高低关系为MN0 D.感应电荷在M、N两点产生的电场强度EMEN,【解析】选C。M、N两点的场强为球A与导体B上的感应电荷在这两处的场强之和，合场强大小为零，而球在导体M、N两点产生的场强不同，故B上感应电荷在M、N两点产生的电场强度也不相等，根据点电荷电场强度公式，可知，离A越远的，电场强度越小，则感应电荷在M、N两点产生的电场
13、强度EMEN，故A、D正确；处于静电平衡的导体，其整体是等势体，故M=N，故B正确，C错误。本题选择错误的，故选C。,2.一个半径为r，带正电的实心金属球，球心在x轴上的O点，金属球在周围空间产生静电场，则其电势在x轴上的分布情况正确的是 ( ),【解析】选B。取无穷远处电势为零，则正电荷周围的电势均为正值，选项D可排除；实心金属球本身是一个等势体，选项C排除；电场强度的大小表示电势变化的快慢，因为x绝对值越大，电场强度越小，所以电势减小得越慢，选项A错误，B正确。本题答案为B。,3.(多选)如图所示，在左边的绝缘支架 上插上顶针(其顶端是尖的)，在顶针上 装上金属风针，若给风针附近的圆形金
14、属板接上正高压极，风针接负高压极，风针尖端放电会使其旋转起来，下列说法中正确的是 ( ),A.风针尖端附近的等势面和电场线分布较密 B.风针附近的空气在强电场下发生电离 C.空气中的阳离子会向风针的尖端运动 D.交换金属板与风针所带电荷电性，风针的尖端会有正电荷射出,【解析】选A、B、C。圆形金属板与风针分别接上正、 负高压后，风针附近产生强电场，且风针尖端处电场 最强，因此风针尖端附近的电场线分布较密，由于电 场线密的地方等势面密，故风针尖端附近的等势面也 密。风针附近产生强电场使空气发生电离，空气中的 阳离子会向风针的尖端运动，与针尖负电荷中和，发 生放电现象，而空气中的负离子因受排斥力而
15、向相反,方向运动。由于反冲，风针就旋转起来。如果交换金属板与风针所带电荷电性，风针不可能放出正电荷，金属导体内只有自由运动的电子。,知识点二 静电屏蔽 探究导入： 张明刚搬了新家，可每次进入电梯里手机总打不通，请按照以下提示，帮他想一想这是为什么：,(1)电梯是什么材质的，能否被看成是金属容器？ (2)为什么在电梯之外的地方不会出现打不通的情况呢？,提示：(1)因为电梯的四面被铁皮包着，所以可以看作是一个密封的金属容器。 (2)电梯关闭之后，就相当于一张厚厚的屏蔽网，手机信号无法穿越，所以手机打不通，而电梯之外的地方很少有这样的环境和条件。,【归纳总结】 1.导体外部的电场影响不到导体内部：
16、(1)静电屏蔽的本质是静电感应，导体外面的电场不影响导体内部，是因为外电场与导体表面的感应电荷在导体内部任一点的场强叠加后合场强为零。,(2)把验电器靠近带电体，箔片会张开(如图甲)，但如果把验电器置于金属网罩内，再靠近带电体，箔片不再张开(如图乙)，说明网罩内不受外电场的影响。,2.接地导体的内部电场影响不到导体外部： (1)接地导体的内部电场不影响导体外部，是因为导体外部的感应电荷都被排斥入地，在只有施感电荷和内壁感应出的异种电荷的情况下，两部分电荷在导体外部任何一点的场强叠加后合场强为零。,(2)如果一封闭的导体球壳内部空间有一点电荷+q，由于静电感应，导体球壳内外表面感应出等量的异种电
17、荷，其电场线分布如图甲所示；当把导体球壳接地后，+q在壳内的电场对外部空间就没有影响了，此时的电场线分布如图乙所示。,【易错提醒】 (1)接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响。 (2)空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间产生影响。,【典题通关】 【典例】如图所示，金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，不能起到屏蔽外电场或内电场作用的是 ( ),【正确解答】选C。A图中，由于金属壳发生静电感应，内部场强为零，金属壳起到屏蔽外电场的作用；B图中金属壳同大地连为一体，同A一样，外壳起到屏蔽外电场的作用；C中电荷会引起金属壳内
18、外表面带电，外表面电荷会在壳外空间中产生电场，即金属壳不起屏蔽作用；D中将金属壳接地后，外表面不带电，壳外不产生电场，金属壳起屏蔽内电场的作用。,【易错提醒】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。,【过关训练】 1.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
19、入空腔 中，当静电平衡时，图中a、b、c三点的 电场强度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点电场强度大于c点电场强度，而b点电场强度为零，故EaEcEb，而沿着电场线方向电势逐渐降低，故abc，D选项正确。,2.(多选)如图，四组静电实验中，能使左边的验电器的金箔张开的是 ( ),【解析】选A、C。处于静电平衡状态下的导体所带的电荷都分布在导体的外表面，用导线连接之后，左边的金箔也是外表面，故A、C均正
20、确，B错误。D选项中由于静电屏蔽的作用，验电器不受外电场的影响，故金箔是闭合的。,【补偿训练】 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】选D。因为金属壳的外表面接地，所以外表面没有感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电，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，所以空腔内电场强度不为零，A错。,2.(多选)如图所示，带电体Q靠近一
21、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，故选项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.(多选)如图所示，原来不带电的金属球壳内壁接地，将一带正电的小球放入其中，但不与球壳接触，则 ( )A.球壳内壁带负电 B.球壳外壁带正电,C.球壳外壁不带电 D.若将接地线去掉再移去正电荷，球壳外
22、壁带负电 【解析】选A、C、D。球壳内正电荷产生电场，使球壳 处于静电平衡状态，在球壳的内表面出现等量异种电 荷，球壳的外表面出现等量同种电荷，当球壳接地 时，不论球壳内表面接地还是球壳外表面接地，待稳 定后球壳的电势必定为零。球壳的外表面无感应电,荷，球壳外也没有静电场，这就是接地导体壳的静电屏蔽作用，故A、C选项正确，B选项错误。若将接地线去掉再移去球壳内正电荷时，球壳内表面的负电荷就会分布到球壳的外表面上，内壁不再带电，故D选项正确。,【拓展例题】考查内容：静电平衡的综合应用 【典例】(多选)如图所示，水平放置 的金属板正上方有一固定的正点电荷 Q，一表面绝缘的带电的小球(可视为质点且不
23、影响Q的电场)，从左端以初速度v0滑上金属板，沿光滑的上表面向右运动到右端，在该运动过程中 ( ),A.小球做匀速直线运动 B.小球先做减速运动，后做加速运动 C.小球的电势能保持不变 D.电场力对小球所做的功为零,【正确解答】选A、C、D。水平放置的金属板处于点电荷Q的电场中而达到静电平衡状态，是一个等势体，其表面处电场线处处与表面垂直，故带电小球(表面绝缘，电量不变)在金属板表面运动时，电场力不做功，小球的电势能不变，小球做匀速直线运动，所以选项A、C、D正确。,科学技术社会环境静电屏蔽在科技生活中 的应用 【命题素材】静电屏蔽在科技及日常生活中有着广泛 的应用，如一些精密的电表或电子设备
24、外面所套的金 属罩、通讯电缆外面包的一层铝皮，都是用来防止外 界电磁场的干扰。,【信息提取流程】 1.信息定位： 处于静电平衡中的导体，内部的场强处处为零。这样，导体壳就可以保护它所包围的区域，使这个区域不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。,2.物理模型： (1)任意形状的导体空腔，腔内场强不受腔外电荷的影响。,(2)接地的导体空腔，外部电场不受腔内电荷的影响。,3.物理知识：静电感应、电场的叠加、静电平衡。 4.结果讨论：在静电平衡状态下，不论是空心导体还是实心导体，不论导体本身带电多少，或者导体是否处于外电场中，必定为等势体，其内部场强为零。,【案例示范】下列实验中，验电器的金属箔会
25、张开的图是 ( ),【解析】选B。A中金属箔不会张开，金属网可以屏蔽外电场；B中金属箔会张开，因为金属网未接地，网内的带电体可以对外界产生影响；C中金属箔不会张开，因为金属网已接地，网内的带电体对网外无影响，网外的带电体对网内也无影响。,【类题训练】(多选)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，分析N上带电情况：金属 球Q带电M内表面带相反电性电荷，M外表面不带电 N上无感应电荷，A正确。 若M不接地： M原来不带电，分析N上带电情况： 金属球Q带电M内表面带相反电性电荷，M外表面带与 内表面相反电性的电荷N上有感应电荷。C正确，B错,误； M原来带电，分析N上带电情况：D错误。,
