9.4静电的防止与利用（原卷版）

第4节静电的防止与利用【自主预习】一、静电平衡

导体两侧出现的正、负电荷在导体内部产生与电场强度方向①的电场，其电场强度为这两个电场叠加，使导体内部的电场②。在叠加后的电场作用下，仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度③为止，导体内的自由电子不再发生。④。此时导体达到⑤。导体内部的电场强度⑥。

二、尖端放电

1.静电平衡时，导体内部没有⑦，电荷只分布在导体的⑧。并且在导体外表面，越⑨，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，周围的电场强度越大。

2.在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离。这个现象叫作⑩。

3.当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷。通过⑪，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的。

三、静电屏蔽

金属壳(或金属网）内⑫保持为0，外电场对壳内的仪器不会产生影响。金属壳（或网)的这种作用叫作⑬。

四、静电吸附

在电场中，带电粒子受到⑭的作用，向着电极运动，最后会被吸附在电极上。这一原理在生产技术上被广泛应用，例如，静电除尘、⑮、⑯等。【方法突破】静电平衡的特点和应用1.静电平衡的实质:(1)在达到静电平衡的过程中,外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷,感应电荷的电场和外电场方向相反,使合场强减小,随着感应电荷的继续增加,合场强逐渐减小,直至合场强为零,自由电荷的定向移动停止。(2)静电平衡的状态:导体内部的合场强为零,即E合=0。2.静电平衡状态的特点:(1)处于静电平衡状态下的导体的特点。①导体内部某处感应电荷产生的场强E′与周围原电场场强E大小相等,方向相反,两者相互抵消,导体内部处处合场强E合为零,但导体表面的电场强度不为零。②电场线与导体表面垂直,如果不垂直,该点场强应有沿表面的切向分量,会使导体表面电荷发生移动,与静电平衡状态矛盾。(2)静电平衡状态下的导体的电荷分布特点。①净电荷都分布在导体的外表面,导体内部没有净电荷。②感应电荷分布于导体两端,电性相反,电荷量相等,远同近异,如图甲所示。③净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷分布密集,平滑处电荷分布稀疏,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示。【例1】将一个原来不带电的枕形金属壳靠近带电小球。当系统处于平衡状态时，下列分析正确的是（）A．M端带正电 B．金属壳内的电场强度大于0C．细线向左偏转 D．带电小球在N端产生的电场强度为0【针对训练1】取一对用绝缘支柱支持的金属导体A和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在它们下部的金属箔是闭合的。现在把带正电荷的球C移近导体A，可以看到A、B上的金属箔都张开了。下列说法正确的是（）A．导体B感应出正电荷，导体A不带电B．导体A内部的场强比导体B内部的场强大C．若先移走导体A，再用手摸一下导体B，B不带电D．若用手摸一下导体A端，移走球C，导体AB带负电二、尖端放电和静电屏蔽的应用静电屏蔽的两种情况类别导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部图示实现过程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,起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时,外表面的感应电荷因接地将传给地球,外部电场消失,起到屏蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡,所以作静电屏蔽的材料只能是导体,不能是绝缘体提醒:金属材料的物体才能作静电屏蔽器,静电屏蔽的原理是静电平衡,只有金属导体才能处于静电平衡状态。【例2】下列现象中，属于静电屏蔽的是（）A．高压输电线线塔上除了下面的三根粗的输电线外，上方还有两根细的导线B．油罐车车尾下方拖着一根落地的软铁条C．高压设备中导体表面应该尽量光滑D．涂料雾化器喷出的油漆微粒在电场力作用下飞向工件表面，形成漆膜【针对训练2】如图所示，一有线电视信号线内有一层铜质金属网，其主要作用是（

）A．加固作用不易折断信号线B．用于信号的传输C．为防止外界电场干扰D．铜芯与金属网分别接在电路的两极，便于构通回路【对点检测】1．图中接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电荷量为Q，到球心的距离为r。则感应电荷在球心的场强大小等于（）A． B． C．0 D．2．如图所示，在一电场强度为E的匀强电场中放有一个金属空心导体，图中a、b分别为金属导体内部与空腔中的两点，则（）A．a、b两点的电场强度都为零B．a点的电场强度不为零，b点的电场强度为零C．a点的电场强度为零，b点的电场强度不为零D．a、b两点的电场强度都不为零3．如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中，导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是（）A．导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度B．感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA=EBC．感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＜EBD．当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动4．如图所示，将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内不与C的内壁接触，在C附近另外有一个悬挂在细线上的带负电的小球B，则（）A．A，B两球均不偏离竖直方向B．A球不偏离竖直方向，B球向右偏离竖直方向C．A球向左偏离竖直方向，B球不偏离竖直方向D．A球向左偏离竖直方向，B球向右偏离竖直方向5．某研究性学习小组学习电学知识后对电工穿的高压作业服进行研究，发现高压作业服是用铜丝编织的，下列各同学的理由正确的是（）A．甲认为铜丝编织的衣服不易拉破，所以用铜丝编织B．乙认为电工被铜丝纺织的衣服包裹，使身体能够导电，对人体起保护作用C．丙认为电工被铜丝纺织的衣服包裹，使体内场强保持为零，对人体起保护作用D．丁认为铜丝必须达到一定的厚度，才能对人体起到保护作用6．如图所示是闪电击中广州塔的画面，广州塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，底端带负电的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成瞬间强电流，乌云所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中，下列说法正确的是（）A．云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷B．避雷针上的电流方向从尖端流向底端C．避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度小D．地磁场对避雷针的作用力方向向西7．如图所示，一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小球（可视为质点且不影响Q的电场）从左端以v滑上金属板的上表面，向右运动到右端，在此过程中（）A．小球受到的电场力方向始终竖直向下B．小球先减速运动，后加速运动C．小球受到的电场力做正功D．小球做匀速直线运动8．从生活走向物理，从物理走向社会，物理和生活息息相关，联系生活实际是学好物理的基础。下列有关电学知识的相关说法，正确的是（）A．图甲中工作人员在超高压带电作业时，穿用金属丝编制的工作服比绝缘橡胶服更安全B．图乙中家用煤气灶的点火装置，是根据尖端放电的原理而制成的C．图丙中避雷针的示意图，是在高大建筑物屋顶插入一根尖锐的导体棒地引线与接地装置连接可防止建筑物被雷击D．图丁为静电喷漆的示意图，静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相同的电荷，这样使油漆与金属表面在静电斥力作用下喷涂更均匀第4节静电的防止与利用【自主预习】一、静电平衡

导体两侧出现的正、负电荷在导体内部产生与电场强度方向①的电场，其电场强度为这两个电场叠加，使导体内部的电场②。在叠加后的电场作用下，仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度③为止，导体内的自由电子不再发生。④。此时导体达到⑤。导体内部的电场强度⑥。

二、尖端放电

1.静电平衡时，导体内部没有⑦，电荷只分布在导体的⑧。并且在导体外表面，越⑨，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，周围的电场强度越大。

2.在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离。这个现象叫作⑩。

3.当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷。通过⑪，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的。

三、静电屏蔽

金属壳(或金属网）内⑫保持为0，外电场对壳内的仪器不会产生影响。金属壳（或网)的这种作用叫作⑬。

四、静电吸附

在电场中，带电粒子受到⑭的作用，向着电极运动，最后会被吸附在电极上。这一原理在生产技术上被广泛应用，例如，静电除尘、⑮、⑯等。

答案：①相反②减弱③E=0④定向移动⑤静电平衡状态⑥处处为0⑦净剩电荷⑧外表面⑨尖锐的位置⑩空气的电离⑪尖端放电⑫电场强度⑬静电屏蔽⑭静电力⑮静电喷漆⑯静电复印【方法突破】静电平衡的特点和应用1.静电平衡的实质:(1)在达到静电平衡的过程中,外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷,感应电荷的电场和外电场方向相反,使合场强减小,随着感应电荷的继续增加,合场强逐渐减小,直至合场强为零,自由电荷的定向移动停止。(2)静电平衡的状态:导体内部的合场强为零,即E合=0。2.静电平衡状态的特点:(1)处于静电平衡状态下的导体的特点。①导体内部某处感应电荷产生的场强E′与周围原电场场强E大小相等,方向相反,两者相互抵消,导体内部处处合场强E合为零,但导体表面的电场强度不为零。②电场线与导体表面垂直,如果不垂直,该点场强应有沿表面的切向分量,会使导体表面电荷发生移动,与静电平衡状态矛盾。(2)静电平衡状态下的导体的电荷分布特点。①净电荷都分布在导体的外表面,导体内部没有净电荷。②感应电荷分布于导体两端,电性相反,电荷量相等,远同近异,如图甲所示。③净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷分布密集,平滑处电荷分布稀疏,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示。【例1】将一个原来不带电的枕形金属壳靠近带电小球。当系统处于平衡状态时，下列分析正确的是（）A．M端带正电 B．金属壳内的电场强度大于0C．细线向左偏转 D．带电小球在N端产生的电场强度为0【答案】A【详解】A．小球带正电，金属壳中的电子在引力的作用下向左移动，N端带负电，M端带正电，A正确；B．根据静电平衡条件，金属壳内的电场强度等于0，B错误；C．N端带负电，M端带正电，小球受到的引力大于斥力，细线向右偏转，C错误；D．根据点电荷的场强公式，带电小球在N端产生的电场强度不等于0，D错误。故选A。【针对训练1】取一对用绝缘支柱支持的金属导体A和B，使它们彼此接触。起初它们不带电，贴在它们下部的金属箔是闭合的。现在把带正电荷的球C移近导体A，可以看到A、B上的金属箔都张开了。下列说法正确的是（）A．导体B感应出正电荷，导体A不带电B．导体A内部的场强比导体B内部的场强大C．若先移走导体A，再用手摸一下导体B，B不带电D．若用手摸一下导体A端，移走球C，导体AB带负电【答案】D【详解】AB．电荷周围有电场存在，当带正电荷的球C移近导体A时，在A的左端感应出负电荷，在B的右端出现正电荷，直到达到静电平衡，而处于静电平衡的导体，内部场强均为零，故AB错误；C．若先移走导体A，再用手摸一下导体B，则B通过人体与大地相连，B端离带正电的球C较近，感应出负电荷，故C错误；D．当人触摸A后，人与大地相连，电势为零，而A的电势高于人的电势，所以电子从大地转移到AB上面，即AB上面的负电荷增多，所以移走C后，AB带负电，故D正确。故选D。二、尖端放电和静电屏蔽的应用静电屏蔽的两种情况类别导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部图示实现过程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,起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时,外表面的感应电荷因接地将传给地球,外部电场消失,起到屏蔽内电场的作用最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡,所以作静电屏蔽的材料只能是导体,不能是绝缘体提醒:金属材料的物体才能作静电屏蔽器,静电屏蔽的原理是静电平衡,只有金属导体才能处于静电平衡状态。【例2】下列现象中，属于静电屏蔽的是（）A．高压输电线线塔上除了下面的三根粗的输电线外，上方还有两根细的导线B．油罐车车尾下方拖着一根落地的软铁条C．高压设备中导体表面应该尽量光滑D．涂料雾化器喷出的油漆微粒在电场力作用下飞向工件表面，形成漆膜【答案】A【详解】A．高压输电线线塔上除了下面的三根较粗的输电线外，上方还有两根较细的电线可以有效防止大气中的静电对高压线的影响，利用的是静电屏蔽的原理，故A正确；B．油罐车拖着一个铁链网，目的是将汽车与空气摩擦产生的静电导入大地，不是静电屏蔽，故B错误；C．高压设备中导体的表面应该尽量光滑，能有效避免尖端放电，不是静电屏蔽，故C错误；D．涂料雾化器喷出的油漆微粒在电场力作用下飞向工件表面，形成漆膜，属于静电的利用，不是静电屏蔽，选项D错误。故选A。【针对训练2】如图所示，一有线电视信号线内有一层铜质金属网，其主要作用是（

）A．加固作用不易折断信号线B．用于信号的传输C．为防止外界电场干扰D．铜芯与金属网分别接在电路的两极，便于构通回路【答案】C【详解】根据静电屏蔽原理，金属网能屏蔽外部电场，使其不受外部电场的影响，则有线电视信号线内有一层铜质金属网，其主要作用是为防止外界电场干扰。故选C。【对点检测】1．图中接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电荷量为Q，到球心的距离为r。则感应电荷在球心的场强大小等于（）A． B． C．0 D．【答案】D【详解】处于静电平衡中的导体内部场强处处为零，Q在O点产生的场强与感应电荷在O点产生的场强等大反向，由此可知静电平衡后感应电荷在球心处产生的电场强度大小为。故选D。2．如图所示，在一电场强度为E的匀强电场中放有一个金属空心导体，图中a、b分别为金属导体内部与空腔中的两点，则（）A．a、b两点的电场强度都为零B．a点的电场强度不为零，b点的电场强度为零C．a点的电场强度为零，b点的电场强度不为零D．a、b两点的电场强度都不为零【答案】A【详解】处于静电平衡状态下导体内部电场强度均为零，BCD错误，A正确。故选A。3．如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中，导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是（）A．导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度B．感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA=EBC．感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＜EBD．当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动【答案】D【详解】A．枕形导体在正点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布，因此在枕形导体内部出现感应电荷的电场与点电荷的电场叠加，静电平衡时，导体内部电场强度处处为零，A错误；BC．导体内部的电场强度处处为零，所以感应电荷产生的附加电场强度的大小与点电荷产生的电场强度的大小相等，方向相反，故EA>EB，故BC错误；D．当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，中和导体B端多余的正电荷，D正确；故选D。4．如图所示，将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内不与C的内壁接触，在C附近另外有一个悬挂在细线上的带负电的小球B，则（）A．A，B两球均不偏离竖直方向B．A球不偏离竖直方向，B球向右偏离竖直方向C．A球向左偏离竖直方向，B球不偏离竖直方向D．A球向左偏离竖直方向，B球向右偏离竖直方向【答案】B【详解】CD．由于静电屏蔽，小球B的电场对A无影响，小球A不会偏离竖直方向，选项CD错误；AB．由于静电感应空心球C的内表面带负电，外表面带正电，小球B和空心球C之间异种电荷相吸引，小球B会偏离竖直方向向右靠近C球，选项A错误，B正确。故选B。5．某研究性学习小组学习电学知识后对电工穿的高压作业服进行研究，发现高压作业服是用铜丝编织的，下列各同学的理由正确的是（）A．甲认为铜丝编织的衣服不易拉破，所以用铜丝编织B．乙认为电工被铜丝纺织的衣服包裹，使身体能够导电，对人体起保护作用C．丙认为电工被铜丝纺织的衣服包裹，使体内场强保持为零，对人体起保护作用D．丁认为铜丝必须达到一定的厚度，才能对人体起到保护作用【答案】C【详解】电工穿的铜丝编织的高压作业量可以有效避免电工受到电击，使内部场强处处为零，对人体起到保护作用，主要应用了静电屏蔽原理，选项C正确，ABD错误。故选C。6．如图所示是闪电击中广州塔的画面，广州塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，底端带负电的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成瞬间强电流，乌云所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中，下列说法正确的是（）A．云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷B．避雷针上的电流方向从尖端流向底端C．避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度小D．地磁场对避雷针的作用力方向向西【答案】AD【详解】A．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，可知云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷，A正确；B．负电荷从尖端流向底端，而电流的方向规定为正电荷运动的方向，因此电流的方向从底端流向尖端，B错误；C．由于电荷更容易集中到尖端，从而避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度大，C错误；D．根据左手定则