初三人教版静电现象的应用

1、第七节第七节 静电现象的应用静电现象的应用课标解读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.知道处于静电平衡状态的导体上电荷的分布规律3.了解尖端放电现象4.理解静电屏蔽现象的形成原因,及其在技术上的应用课前自主学习一 静电平衡状态下导体的电场1.静电感应现象:把导体放入电场中,导体内部的自由电荷在电场力作用下发生定向移动,使导体两端出现等量异种电荷的现象2.静电平衡状态:导体中(包括表面)没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态3.处于静电平衡的导体特点(1)导体内部场强处处为零(2)导体是个等势体,表面是个等势面(3)导体表面上任一点的电场线跟该点的表面垂直(4)静电平衡

2、时,导体内部没有净电荷,净电荷只分布在导体的外表面,在导体的表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大,凹陷的位置几乎没有电荷二 尖端放电1.导体尖端的电荷密度很大,附近的电场很强,空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈运动,把空气中的气体“撞”散,也就是使分子中的正负电荷分离,这个现象叫做空气的电离2.空气中所带的电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子,由于被吸引而奔向尖端,与尖端上的电荷中和,这就相当于异体从尖端失去电荷,这个现象叫尖端放电三 静电屏蔽1.静电屏蔽,当金属外壳达到静电平衡时,内部没有电场,因而金属外壳会对其内部起保护作用,使它内部不受外部电场的影响的现象.2.静电屏蔽的应用:电学

3、仪器外面金属壳;野外高压线上方还有两条导线,它们与大地相通,形成一个稀疏的金属“网”把高压线屏蔽起来,免遭雷击.知识梳理图课堂互动探究一 静电感应现象 静电平衡状态1.静电感应现象(1)金属导体的微观结构金属导体内有自由电子和金属阳离子,电子和金属阳离子带电荷量相等,电性相反,所以呈中性.自由电子在整块金属中做无规则的热运动,金属阳离子只能在自身平衡位置附近做无规则振动,如图所示,表示金属阳离子,表示电子.(2)静电感应现象将不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的电场中,导体中的自由电子在电场力作用下逆着电场线方向定向移动,使导体一侧聚集负电荷,而导体一端聚集等量的正电荷,这种现象叫做静电感

4、应现象.如图 2.静电平衡状态在电场中受静电感应的导体,电荷重新分布,出现感应电场.感应电场将阻碍电荷的重新分布,这样最终放入电场中的导体内部没有电荷定向移动时,则达到一种平衡状态,这种状态称为静电平衡状态.静电平衡状态的导体的特点 (1)处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零,内部场强为外界电场和感应电场的矢量和,当达到静电平衡时,外界电场和感应电场处处等大反向,叠加的结果是处处为零.(2)达到静电平衡的导体是一个等势体,导体上各点电势相等 表面是等势面.(3)处于静电平衡的导体,感应电荷分布在导体的外表面,内部没有净电荷.(4)处于静电平衡的导体,电场线与表面垂直,即导体表面任何一点的场强

5、方向跟该处表面垂直.二 尖端放电带电的导体净电荷分布在导体的外表面,导体带有某种电荷,由于同种电荷互相排斥,所以电荷在导体上尽量远离,即分布在导体的外表面,但由于导体表面曲率不同,电荷的密度不同,在导体的曲率半径越小的地方即越尖的地方电荷密度大,电荷在尖端十分拥挤,不断的有些电荷被排挤出去.这种现象称为尖端放电.避雷针就是尖端放电的应用.三 静电屏蔽如图,将一个带正电的小球A用绝缘细线悬挂放入一个不带电的空心金属球壳内.现用一个带正电小球B靠近金属球壳发现球A并不发生偏移,为什么呢?因为B电荷形成电场,金属球壳处于B的电场中而达到静电平衡状态,即球壳内部场强处处为零,而A在球壳内,所处位置的合

6、场强为零,故A不动,这种现象叫做静电屏蔽.静电屏蔽的两种情况(1)利用金属壳或金属网封闭一定区域,使该区域不受外界电场影响.如图甲,球壳内场强为零,E=0.(2)接地导体空腔外部不受内部电场影响,如图乙所示E=0.当空腔接地时,外表面的感应电荷将因接地传给地球,外部电场已消失,对外起到屏蔽作用.静电屏蔽在实际生产和生活中经常利用,我们使用的一些电子设备都要用金属外壳就是要起到屏蔽作用.有些设备的外壳需要接地,除了安全因素外,有的要产生电场影响其他的元件,所以接地后,仪器本身产生的电场就被屏蔽了. 典例分析一 静电感应 静电平衡状态例1:如下图所示,带正电小球A靠近不带电的金属导体B,由于静电感

7、应导体B的左端出现负电荷,右端出现正电荷,下列说法,正确的是( )A.用手摸一下B的左端,B将带正电B.用手摸一下B的右端,B将带正电C.用手摸一下B的中部,B将不带电D.用手摸一下B的任何部分,B都将带负电解析:达到静电平衡的导体在靠近源电荷的一端出现异种电荷,远离源电荷的一端出现与源电荷同种性质的电荷,无论用手触摸B的哪一部分.B与人体及地球形成一个大的导体,B离源电荷近,将出现与源电荷电性相反的电荷,地球的另一面距源电荷远,将出现与源电荷同种性质的电荷,所以无论触摸B的什么位置,触摸时将使B带上与源电荷电性相反的电荷即负电荷,所以手离开后,导体B将带负电,故D选项正确.答案:D名师点拨:

8、本例为一典型的感应起电实例,首先应确定产生电场的带电体的电性,明确感应导体的远端和近端,不论导体的哪一端接地,大地和导体组成一个新的“导体”即大地总是远端,然后根据远同近异,确定各端感应电荷的电性.巩固练习1.如右图所示,带负电的小球C靠近不带电的导体AB的A端,由于静电感应,导体A端出现正电荷,B端出现负电荷,关于导体AB感应起电的说法正确的是( )A.用手接触一下导体的A端,导体将带负电B.用手接触一下导体AB的正中部位,导体仍不带电C.用手接触一下导体AB的任何部位,导体将带正电 D.用手接触一下导体AB后,只要将带电小球不移走,AB不可能带电 解析:因无穷远处和大地的电势为零,因此带负

9、电的小球所形成的电场中某一点的电势均小于零.由于导体AB是一等势体并且低于大地的电势(也可以画出电荷-Q产生电场的电场线方向来判断AB电势),而且人体和大地是连在一起的,因此当人接触导体AB时,不管接触哪一端,电场力作用都使导体AB中自由电子从电势低处(AB导体)移向电势高处(大地),从而使AB带正电.答案:C二 静电平衡的特点例2: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多少?方向怎样?解析:导体棒在点电荷+q的电场发生静电感应,左端出现负电荷,右端出现正电荷,达到静电平衡.导体棒内任一点

10、的场强为零,即外加电场+q在该点形成的电场E0,感应电场在该点形成的电场E,E0=E002Ek,EE,.()E2qlR与等大反向即 的方向水平向左22:kqlR答案水平向左名师点拨:要想直接求感应电荷在某点产生的场强是行不通的,但可以利用导体达到静电平衡状态时内部场强为零的特点来解;先求出外电场在此点产生的电场,则所求场强与此场强等大反向.巩固练习2.如图所示,带正电的导体球A置于原来不带电的空腔导体球B内,a c分别为导体A B内的点,b为导体A和B之间的一点,下列说法正确的是( )A.a b c三点的电势都相等B.a点的场强为零,但电势最高C.b点的场强为零,但电势大于零 D.a b c三

11、点的场强都为零 解析:导体A B各为一个等势体,其内各点场强均为零,即Ea=0,Ec=0.带正电的A在此B的内外表面各感应出负 正电荷,A外B内的空间电场线方向由A指向B,Eb0,且abc0.故B选项正确.答案:B三 静电屏蔽例3:如图所示,在球壳内部球心放置带电量为+Q的点电荷,球壳内有A点,壳壁中有B点,壳外有C点,则下列说法正确的是( )A.A B两点场强均为零B.EAEBECC.EB=EC=0D.以地面电势为零,则A0解析:金属球壳接地,则C处场强为零,即EC=0,B在导体内处于静电平衡,所以EB=0,故C选项正确,画出球壳内电场线分布如图,沿电场线电势降低,D选项正确.答案:CD名师

12、点拨:利用静电平衡状态导体的特点来解决此类问题,当导体接地后,导体与地球形成一个大导体,接地后导体的电势就为零. 巩固练习3.一个不带电的空心金属球,放在点电荷-Q的附近,如图所示.当达到静电平衡时,下列说法中正确的是( )A.电荷-Q在球内产生的场强为零B.球外表面的感应电荷在球内的场强为零C.电荷-Q与球外表面的电荷在球内的合场强为零D.球内的电场不受外部电荷的影响解析:处于静电平衡的导体,内部场强处处为零,导体内任一点的场强是外加电场和感应电场的叠加,故C选项正确;球内空间处于静电屏蔽中,故D选项正确.答案:CD课后巩固提升巩固基础1.导体处于静电平衡时,下列说法正确的是( )A.导体内

13、没有电场B.导体内没有电荷,电荷只分布在导体外表面C.导体内部没有电荷运动D.以上说法均不对解析:处于静电平衡的导体内部场强为零,是合场强为零,内部仍有电荷,而且也在运动,只是没有净电荷,没有定向移动,故D选项正确.答案:D2.具有一定厚度的空心金属球壳的球心位置处放一正电荷,下图中的四个图画出了其空间电场的电场线情况,符合实际情况的是( )解析:球壳处于正电荷的电场中,达到静电平衡,球壳为等势体,电场线不会穿过球壳,故D选项正确.答案:D3.如右图所示,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

14、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:因为金属壳的外表面接地,所以外表面没有感应电荷,C错误;只有内表面有感应负电荷分布,所以B带负电,即所谓感应起电,B错误,D正确;B的空腔内有正电荷和内壁的感应负电荷共同激发的电场,所以空腔内电场强度不为零,A错误.答案:D4.已知验电器带正电荷,当一导体移近它时,金箔张角变小,则此导体( )A.一定带正电荷B.一定带负电荷C.一定是中性的D.可能带负电也可能不带电解析:由静电感应可知,验电器带正电,当金箔张角变小时,金箔上分布的电荷减少了,移近它的导体对金箔的验电器的电荷分布产生影响,且使金箔电荷减少,则移近的导体应为不带电的中性导

15、体或带负电荷的导体,故D选项正确.答案:D5.如图所示,原来不带电的金属球,现沿球直径的延长线上放置一个点电荷,球内直径上三点a b c,三点场强大小分别为Ea Eb Ec三者相比( )A.Ea最大 B.Eb最大C.Ec最大 D.Ea=Eb=Ec解析:金属球处于电场中达到静电平衡,内部场强处处为零,故D选项正确.答案:D6.如下图所示,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( )A. a端电势比b端高B. b端电势比d点的低C. a端电势不一定比d点低D.杆内c处的场强方向由a指向b解析:处于静电平衡的导体,内部场强处处为零,导体是一个等势体,故B选项正确.答案:B

16、提升能力7.一带有绝缘座的空心球壳A带有410-8 C的正电荷,有绝缘柄的金属小球B带有210-8 C的负电荷,使B球与A的内壁接触,如图所示,则A B带电量分别为( )A.QA=110-8 C QB=110-8 CB.QA=210-8 C QB=0C.QA=0 QB=210-8 CD.QA=410-8 C QB=-210-8 C解析:将B与A的内表面接触后,正负电荷中和,净电荷分布在导体的外表面,故B选项正确.答案:B8.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端感应电荷越来越多B.导体内部场强越来越大C.导体的

17、感应电荷在M点产生的场强大于在N点产生的场强D.导体感应电荷在M N两点产生场强相等解析:绝缘导体移近带负电的小球P时,导体中自由电子受到带负电小球P的电场作用变大,使自由电子不断地向B端移动,A B两端感应电荷不断增多,故A选项正确.由于AB缓慢移动,导体处于静电平衡是在很短时间内完成的,缓慢移动过程中各个状态,带负电小球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的合场强总等于零,故B项错误.M点距小球P近,由 可知,小球P在M点产生场强大于在N点产生场强,而导体内部场强处处为零,那么感应电荷在M点产生场强大于在N点产生的场强,故C项正确,D项错误.答案:AC2kQEr9

18、.如图,把一个不带电的枕型导体靠近带正电的小球,由于静电感应,在a b两端分别出现负 正电荷,则以下说法正确的是( )A.闭合开关S1,有电子从枕型导体流向大地B.闭合开关S2,有电子从枕型导体流向大地C.闭合开关S1,有电子从大地流向枕型导体D.闭合开关S2,没有电子通过开关S2解析:在S1S2都闭合前,对枕型导体,它的电荷是守恒的,a b出现负 正电荷等量,当闭合开关S1 S2中的任何一个以后,便把大地与导体连通,使大地也参与了电荷转移,因此,导体本身的电荷不再守恒,而是导体与大地构成的系统中电荷守恒,由于静电感应,a端仍为负电荷,大地远处应感应出正电荷,因此无论闭合开关S1还是开关S2,都应有电子从大地流向导体,故C选项正确.答案:C10.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上的两点,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点场强比b点场强要大一些解析: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正电荷,