高二物理静电屏蔽知识总结.doc

第一章第7节：静电现象静电屏蔽【演示】如图（a）所示，用感应起电机使金属球带电，靠近验电器，验电器的箔片张开，表明验电器受到了外电场的影响现先将验电器用金属网罩罩住，让带电金属球靠近验电器，验电器的箔片不张开，再用一根导线把验电器和金属网罩连接起来，箔片也不张开，如图（b）所示，表明金属网罩能把外电场挡住，使罩内不受外电场的影响先flash“静电屏蔽2”，再视频“小孩在带电金属网中”，“小鸟在带电金属网中”。另一种情况是使带电体的电场不对外界产生影响这可以把带电体A放在一个金属壳B内，见图（a）同样，由于静电感应，在壳的内外表面分别带有等量异号的电荷，待壳达静电平衡时，壳内场强处处为零，并无净电荷当壳外表面存在电荷时，壳外就有电场，这样还不能起到屏蔽的作用如果我们把金属外壳接地，见图（b），则壳外表面上的感应正电荷就由于接地而被中和于是，金属壳内带电体的电场对外就不产生影响了综合上述两种情况可得如下结论：屏蔽壳内的物体不受外电场的影响；而接地的屏蔽壳内部的电场也不会影响外部，这种现象叫做“静电屏蔽”静电屏蔽现象的解释：处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，将导体挖空，变成一个导体壳，壳内的场强仍处处为零，金属网罩可以起到导体壳的作用，所以能使导体壳内或金属网罩内的区域不受外部电场的影响看“静电屏蔽的动画”。 3静电屏蔽的应用 （1）电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰（2）电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业例题：【例1】一个任意形状的金属导体，处于静电平衡状态时（ ） A导体内部没有净电荷 B导体内部任意两点间的电势差不一定为零 C导体内部的场强不一定处处为零 D在导体表面上，电场线可以与导体表面成任意角 解析：A处于静电平衡状态的导体，净电荷在导体表面，所以A对B处于静电平衡状态的导体，是一个等势体，所以任意两点间无电势差，所以 B错C处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，所以C错D处于静电平衡状态的导体，其表面场强不为零，场强的方向与面垂直，所以D对。【例2】如图所示，将不带电的导体BC放在带正电的金属球A附近，当导体BC达到静电平衡后，则下列说法正确的有（ ） A用导线连接BC两端，导线中有瞬间电流通过 B用手摸一下导体B端可使导体带正电 C导体C端电势高于B端电势 DB和C端感应电荷在导体内部产生的场强沿BC方向逐渐减小解析：静电平衡后，BC内部场强为零，整个导作是个等势体，故A、C都错了，根据导体附近的电场线分布，可判定导体BC的电势比无穷远处（大地）的电势要高，故把导体B端或C端接地时，将有电子从大地流向导体，导体将带负电；导体处于静电平衡时，导体内部的电场跟感应电场相平衡，因此可以根据外电场在导体内部的分布情况来确定感应电荷电场在导体内部的分布情况 答案：D【例3】如图所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷十Q，a、b点是金属板右侧表面上的两点，其中a点到q的距离较小，下列说法中正确的是（ ）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点场强大解析：由于静电平衡，金属板是一个等势体，且电势为零（金属板接地），金属板的左侧不带电，右侧带负电a、b两点的场强不为零，它们场强的方向均垂直于金属板平面，由于a点离Q比b点近，故。点的感应电荷比b点的感应电荷多，场强大综上所述，选项B、C、D正确。【点评】处于电场中的导体一旦接地，它的电势为零。且远离带电体的一端总是不带电，由于达到静电平衡时内部场强处处为零，说明了接地后的导体所带的异种电荷（与带电体的电荷比较而言）是增多的【例5】如图所示，P为金属球壳内的一点，壳外一带负电的带电体A移近金属球壳时，金属球壳内P点处的场强E和电势U的变化是（ ） AE不变，U降低；BE不变，U升高 CE增大，U升高；D、E增大U降低解析：金属球壳处于带负电的带电体A形成的电场中，处于静电平衡状态，因此E始终等于零不变，由于带电体A带负电且靠近球壳，所以球壳的电势降低。答案：A【例6】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，一表面绝缘的带正电的小球（可视为质点且不影响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小球作匀速直线运动 B小球作先减速，后加速运动C小球的电势能保持不变 D、电场力对小球所做的功为零解析：水平放置的金属板在Q的电场中处于静电平衡，它是一个等势体，也就是说它表面的电场线处处与表面垂直，由于表面绝缘，故带电小球在其表面上滑动时，电量不变，但电场力不做功，故小球作匀速直线运动所以A、C、D选项正确【例7】如图所示，一个带正电的绝缘金属球壳A，顶部开一小孔，有两只带正电的金属球B 、C ，用金属导线连接，让B球置于球壳A内的空腔中，与内表面接触后又提起，C球放置在A球壳外，待静电平衡后正确的判断是：A、B 、C两球都不带电B、B球不带电，C球带电C、让C球接地后，B球不带电D、让C球接地后，A球壳空腔内的场强为零解析：B球与A球壳内表面接触,A,B,C三者连成一个整体，静电平衡后净电荷只分布在导体外表面，所以A球壳外表面和C球均带正电，B球不带电A,B,C三者为一等势体，当B球提起后，B,C的电势相等，无电荷的定向移动，由于B,C与A等势且为正,C球接地后，将有自由电子从大地向高电势的B,C上移动，B球带负电，此时B球将在A球壳上内表面感应出正电待，从而空腔内形成由内表面指向B球的电场，场强不为零，答案为C.2、静电感应与静电平衡【例8】如图所示，绝缘导体A带正电，导体不带电，由于静电感应，使导体B的M端带上负电，而N端则带等量的正电荷.（1）用导线连接M、N，导线中有无电流流过？（2）若将M、N分别用导线与大地相连，导线中有无电流流过？方向如何？解析：A为带正电的场源电荷，由正电荷即形成的电场的电势分布可知：UAUBU地，其中，B是电场中处于静电平衡的导体.UM=UN=UB.当用导线在不同位置间连接时，电流定由高电势流向低电势，而在电势相等的两点间连接时，则导线中无电流通过.所以：（1）因为UM=UN，故导线中无电流.（2）因为UM=UN=UBU地，所以无论用导线将M还是N与大地相连，电流均由导体B流向大地.【例9】目前国家环保局统一规定常规大气监测的项目是：二氧化硫，氮氧化物，悬浮颗粒三种大气污染物，其中，在对悬浮颗粒的治理方法中有一种为静电除尘法，其依据的物理原理是让带电的物质微粒在 力作用下，几乎都奔向并吸附在 上，如图即为静电除尘器的示意图除尘器由金属管A和悬在管中的金属