2018_2019学年高中物理第一章静电场第7节静电现象的应用学案新人教版.docx

第7节静电现象的应用1知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态导体的特征2知道导体上电荷的分布规律3知道什么是尖端放电现象4理解静电屏蔽现象的形成原因一、静电平衡状态下导体的电场1静电感应现象：把导体放入电场，导体内部的自由电子在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现异种电荷的现象2静电平衡状态：导体在电场中发生静电感应现象，感应电荷的电场与原电场叠加，使导体内部各点的合电场等于0，导体内的自由电子不再发生定向移动的状态3静电平衡状态的特征(1)处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为0(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与这点的表面垂直(3)处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体的表面是个等势面二、导体上电荷的分布静电平衡时，导体上的电荷分布有以下两个特点：1导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面2在导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷三、尖端放电和静电屏蔽1电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的场强很强，空气中的带电粒子剧烈运动，使空气分子被撞“散”而使正负电荷分离的现象2尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象3静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场处处为0，外电场对壳内不会产生影响4尖端放电和静电屏蔽的应用、防止(1)尖端放电应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施防止：高压设备中导体的表面尽量光滑会减少电能的损失(2)静电屏蔽的应用电学仪器和电子设备外面会有金属罩，通讯电缆外面包一层铅皮，可以防止外电场的干扰电工高压带电作业时，穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋子，可以对人体起到静电屏蔽作用，使人安全作业 判一判(1)处于静电平衡状态下的导体内部的外加电场与附加电场的矢量和为零，即导体内部的电场强度处处为零()(2)静电平衡时，导体内部表现为电中性电荷都分布在外表面，导体内部没有净电荷()(3)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，不具有静电平衡的特点()提示：(1)(2)(3) 想一想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 做一做长为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，棒上感应电荷在棒内中点P处产生的场强大小等于_，方向为_提示：导体棒在点电荷q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任何一点都有两个电场，即外电场q在该点形成的电场E1，感应电场棒上感应电荷在该点形成的电场E2达到静电平衡时E2E10，题中所求的即为E2，所以可转化为求E1棒的中点距离点电荷为rR，于是E2E1E2和E1方向相反，方向向左同理，我们还能求棒中其他点的感应电场的场强答案：向左对静电平衡的理解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感应电荷，感应电荷在导体内部形成与电场E0反向的电场E，在导体内任一点EE0，使得合电场强度E内02对孤立带电导体的理解：孤立带电导体，达到静电平衡时，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4静电平衡的导体的电势：处于静电平衡的导体是等势体，表面是等势面，所以导体表面的电场线应与导体表面垂直 命题视角1对静电平衡现象的应用(2018山东日照一中月考)如图所示，在原来不带电的金属细杆ab附近P处，放置一个正点电荷，达到静电平衡后()Aa端的电势比b端的高Bb端的电势比d点的低Ca端的电势不一定比d点的低D杆内c处电场强度的方向由a指向b思路点拨 (1)沿电场线方向电势降低(2)静电平衡时，导体内部场强处处为0，表面是等势面解析首先画出电场线，沿电场线方向电势降低，b端电势比d点低，B选项正确；金属杆ab在静电平衡后是一个等势体，a端电势等于b端电势，都比d点低，A、C选项均错误；静电平衡后的导体内部电场强度处处为零，D选项错误答案B 命题视角2静电平衡现象中电荷分布的分析(多选)如图所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器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用绝缘导线把验电器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使验电器A靠近B思路点拨 静电平衡时电荷分布在导体外表面解析A项中取电棒先和B的内壁接触后，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开；B项中可以使C球带电，从而使A带电；C项中用绝缘导线实际上是将验电器A和B连成了一个导体，A因接触而带电；D项中是感应起电所以B、C、D项正确答案BCD【题组突破】1一金属球，原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比，则()AEa最大BEb最大CEc最大 DEaEbEc解析：选C处于静电平衡的导体内部场强处处为零，故a、b、c三点的场强都为零静电平衡在导体内部场强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电场的场强与MN在这一点形成的电场的场强等大、反向比较a、b、c三点感应电场的场强，实质上是比较带电体MN在这三点的场强由于c点离MN最近，故MN在c点的场强最大，感应电荷在c点场强也最大故选C2(2018昆明高二检测)在点电荷Q的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面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的方向在下图中正确的是 ()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A正确对静电屏蔽的理解和应用1导体外部的电场影响不到导体内部(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(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【题组过关】1(多选)(2018天津高二检测)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AC(1)若M接地，分析N上带电情况(2)若M不接地M原来不带电，分析N上带电情况M原来带电，分析N上带电情况2如图所示，A为空心金属球，B为金属球，A、B原来不带电，将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手接触一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则()AA球带负电荷，B球带正电荷BA球带负电荷，B球不带电CA、B两球都带负电荷DA、B两球都带正电荷解析：选B首先带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央根据静电感应现象可知，A球内表面带负电荷，外表面带正电荷用手接触A相当于把A接地，由大地传导过来的电子与A球外表面正电荷中和，使A球外表面不带电，A球外表面电势为零，此时A球对外起静电屏蔽作用，A球内的电场不影响外部用手接触B时，无电荷移动，B球不带电当带正电荷的C球从A球内移走后，A球内表面所带的负电荷移至外表面，所以此时A球带负电荷由上述可知，选项B正确随堂检测 1处于静电平衡的导体内部场强处处为零是因为()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由静电感应和电场的叠加原理知D选项正确2下列与静电屏蔽无关的是 ()A避雷针的顶端做的很尖细B用几万伏的高压电电击关在金属笼里的鸟，而鸟安然无恙C超高压带电作业的工作人员穿戴的工作服用包含金属丝的织物制成D电视闭路线芯外常包有一层金属网解析：选A避雷针是应用尖端放电的原理，其余三项均是利用了金属对内部的静电屏蔽作用3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，下列物理量中不为零的是()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C静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，且内表面不带电由于导体接地，故整个导体的电势为零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正确4(多选)(2018衡水高二检测)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()AB的右端带正电，A向左偏BB的右端带正电，A不偏左也不偏右CB的左端带正电，A向右偏DB的左端带负电，A不偏左也不偏右解析：选BD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正确课时作业 学生用书P121(单独成册)一、单项选择题1请用学过的电学知识判断下列说法正确的是()A电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C小鸟停在单根高压输电线上会被电死D打雷时，待在汽车里比待在木屋里要危险解析：选B电工高压带电作业时，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用，使人安全作业，电工穿绝缘衣容易产生大量的静电，反而比较危险，选项A错误；因为塑料和油摩擦容易起电，产生的静电不易导走，形成静电积累，易造成爆炸和火灾事故，而用金属则能避免此危险，选项B正确；小鸟停在单根高压输电线上，小鸟两脚间的电压很小，小鸟不会被电死，选项C错误；金属车身的汽车也是很好的“避雷所”，一旦汽车被雷击中，它的金属外壳能起到静电屏蔽的作用，而木屋没有静电屏蔽作用，选项D错误2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铜丝编织的衣服不易拉破B电工被铜丝衣服所包裹，使体内电势为零C电工被铜丝衣服所包裹，使体内电场强度为零D铜线电阻小，能对人体起到保护作用解析：选C高压线路的检修人员在进行高压作业时，要穿上用金属丝网制成的高压作业服，相当于把人体用金属网罩起来这样，外部电场就不会影响到人体，从而避免了感应电场对人体的伤害故选项C正确3如图所示，放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C，如把一带有正电荷的绝缘体A移近金属罩B，则()A在B的内表面带正电荷，BC0B在B的右侧外表面带正电荷C验电器的金属箔片将张开，BCDBC，B的左右两侧电势不相等解析：选B由于金属网罩的静电屏蔽作用，B的内表面不带电，内部电场强度处处为零，故验电器的金箔不会张开，故A、C错误；由于静电感应，金属网罩表面的自由电子重新分布，根据“近异远同”的结论，B的右侧外表面带正电荷，故B正确；金属网罩处于静电平衡状态，是等势体，故其左右两侧电势相等，故D错误4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()AB的空腔内电场强度为零BB不带电CB的外表面带正电DB的内表面带负电解析：选D因为静电感应，金属球壳B内壁感应出负电荷，A带正电，则B的空腔内电场强度不为零，故A错；又因为B的外表面接地，大地中的电子与B的外表面的正电荷中和，故外表面不带电，内表面带负电，故B、C错，D对5如图所示为一空腔球形导体(不带电)，现将一个带正电荷的小金属球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()AEaEbEc，abcBEaEbEc，abcCEaEbEc，abcDEaEcEb，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6如图所示，将悬挂在细线上的带正电荷的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与内壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B，向C球靠近，则()AA向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向BA的位置不变，B向右偏离竖直方向CA向左偏离竖直方向，B的位置不变DA、B的位置都不变解析：选B金属空心球C能屏蔽外部的电场，外部的电场不能深入内部，因此小球A不会受到电场力的作用，不会发生偏转；金属空心球C处在电荷A的电场中，内壁是近端，感应出异号电荷带负电，外壁是远端，感应出同号电荷带正电，正的感应电荷在外部空间同样会激发电场，对小球B有吸引的作用，小球B向右偏，选项B正确7低碳环保是我们追求的生活方式如图所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，当铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极相连，在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香转动手摇起电机，蚊香产生的烟雾会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升关于这个现象，下列说法中正确的是()A烟尘因为带正电而被吸附到缝被针上B同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大C同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小D同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变，离铝板越近则加速度越大解析：选B中性空气分子在强电场中被电离成电子和带正电的离子，烟尘颗粒吸附电子后带上负电，在电场力作用下向铝板做加速运动，所以选项A、C错误，选项B正确；因铝板与缝被针间的电场线形状相当于横向放置的锥形体，离铝板越近，电场线越稀疏，场强越小，烟尘颗粒受电场力越小，加速度越小，选项D错误8如图所示，半径为R的均匀带正电薄球壳，其上有一小孔A已知壳内的场强处处为零；壳外空间的电场，与将球壳上的全部电荷集中于球心O时在壳外产生的电场一样一带正电的试探电荷(不计重力)从球心以初动能Ek0沿OA方向射出下列关于试探电荷的动能Ek与离开球心的距离r的关系图线，可能正确的是()解析：选A壳内场强处处为零，试探电荷从球心运动到球壳处不受任何力作用，动能不变，正的试探电荷从球壳处向外运动时，受到类似于球壳的全部电荷集中于球心的正点电荷在壳外产生电场的电场力作用，要加速运动，动能增大沿半径方向取相等的两段距离，离球心越远，电场力的等效值越小，电场力做的功越小，动能的增加量就越小，选项A正确二、多项选择题9如图所示，在真空中把一绝缘导体向带负电的小球P缓慢靠近(不相碰)，下列说法中正确的是()AB端的感应电荷越来越多B导体内场强越来越大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析：选AC离的越近，导体上的电子与负电荷排斥力越大，越会向左排斥，故N端带负电荷越多，M端带的正电荷也越多，故A正确；导体处于静电平衡状态，内部场强处处为零，故B错误；导体处于静电平衡状态，内部场强处处为零，即感应电荷的场强和带电小球的场强等大、反向、共