鲁科版高中物理必修第三册 第1章静电力与电场强度 第5节静电的利用与防护 课件

第1章静电力与电场强度第5节静电的利用与防护核心素养：1.知道什么是静电平衡状态，能说出处于静电平衡状态的导体中电场的性

质.

2.知道静电平衡状态下导体上电荷的分布规律.

3.通过对处于静电平衡状态的导

体中电场的性质分析认识静电屏蔽.

4.通过对静电的了解，进一步认识其有利与危害

之处.第3页研习任务一静电的利用与防护合作

讨论为避免雷击，现代高层建筑的顶端都安装上避雷针，避雷针用粗导线与埋在地下

的金属板连接，如图甲所示.图乙是古建筑的一角，上面有各种造型的动物.

甲

乙

你知道古建筑是如何安全引电避雷的吗？提示：在古建筑物的屋顶、屋角设置各种造型的动物，避雷针以动物头上的角须

形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装，另一端引入大地，从而起到避雷效果.教材

认知1.

静电的利用（1）静电除尘能有效处理烟雾，与其他除尘方式相比，静电除尘耗能少，

⁠

⁠.（2）静电喷涂是通过高压静电发生装置使喷出的雾滴

的喷雾方法.（3）激光打印也是通过

来实现打印的.（4）静电还有很多应用：空气净化器，用静电处理

提高发芽率，利用静电

处理

，既能杀菌还能减少水垢，等等.效率

高带电静电种子水[思考]

在电脑上搜索出的材料，通过激光打印机（如图）瞬间打印出来，大大方便

了我们的生活，激光打印机是利用了静电.那么生产、生活中还有哪些利用静电的实

例呢？提示：静电除尘、静电喷漆、静电喷药、静电育种等.2.

静电的防护（1）尖端放电：

是利用尖端放电避免雷击的一种设施.（2）防护方法：尽快把静电导走，如印刷车间内保持适当的

，传送带上镀

银，油罐车车尾有导电拖地带等.避雷针湿度研习

经典[典例1]

（多选）如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属

管内空气电离，电离出的电子在电场力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带

负电荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了，就此示意图，下列说法正确

的是（

AC

）ACA.

N接电源的正极B.

M接电源的正极C.

电场强度EB＞EAD.

电场强度EB＜EA[解析]

电子附在煤粉上，使煤粉带上负电荷，煤粉若能吸附在管壁上，说明管壁带

正电荷，所以N接电源正极；其内部电场线分布情况如图所示，由图可知金属棒附近

的B点处电场线较密，而靠近金属管壁的A点处电场线较疏，故B处电场强度比A处电

场强度大，即EB＞EA，故A、C正确，B、D错误。名师点评

静电现象是客观存在的，利用静电现象可以为生活和生产服务，如静电除尘，静

电复印等，当然静电现象也能带来一些危害，如产生电火花，发生火灾或爆炸，静电

现象对精密设备也会产生不利影响，此时我们应当消除或减小静电带来的不利影响.[训练1]

（多选）静电的应用有多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复

印等，它们依据的原理都是让带电的物质粒子在电场力作用下奔向并吸附到电极上，

静电喷漆的原理如图所示，则以下说法正确的是（

AC

）A.

在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场B.

涂料微粒一定带正电C.

涂料微粒一定带负电D.

涂料微粒可以带正电，也可以带负电AC解析：静电喷涂的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上，而

达到喷漆的目的，故A正确；由题图知，待喷漆工件带正电，所以涂料微粒应带负

电，故C正确，B、D错误.第13页研习任务二静电平衡合作

讨论如图所示，把一个不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向

移动，从而使导体两端出现等量异种电荷.请思考下列问题：（1）自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？提示：（1）自由电子受到外加电场的电场力，沿外加电场的反方

向移动.（2）自由电子能否一直定向移动？为什么？提示：（2）不能，当导体两端感应电荷产生的电场与外加电场的

合场强为零时，自由电子定向移动将停止.教材

认知静电平衡：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

内各点合场强

⁠.[思考]

飞机在云层与云层之间飞行或起飞、着陆时都有可能遭遇雷击.但是当飞机

遭遇雷击时，电流可以从雷电云到达飞机头部，纵向流过机身外壳，最后从机尾凌空

打到地上或从其中一机翼打过另一机翼，横向流过机身.但不管怎样，闪电都只会沿

着飞机外壳流过，而不会进入机内对乘客造成伤害，你知道这是为什么吗？等于0

提示：飞机外壳是金属材料制成的，它会在雷击时形成静电屏蔽，保护飞机内的

乘客.核心

归纳1.

对静电平衡的三点理解（1）处于静电平衡状态的导体内部电场强度为零的本质是外电场E0和感应电荷产生

的电场E'的合电场强度为0，即E0＝－E'.（2）孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部电场强度为0的本质是分布在导体外表

面的电荷在导体内部的合电场强度为0.（3）处于静电平衡状态的导体，其外表面任一点的电场强度方向跟该点的表面垂直.2.

处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点（1）净电荷只分布在导体外表面，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.甲

乙研习

经典[典例2]

导体棒原来不带电，现将一个电荷量为＋q的点电荷放在棒的中心轴线上，

它距离导体棒的中心O为L，如图所示.静电力常量为k，当导体棒达到静电平衡后，

下列说法不正确的是（

C

）A.

棒上感应电荷只分布在其表面B.

棒内各点电场强度均为0C.

点电荷在O点产生的电场强度为0C

名师点评

求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的电场强度的方法是：（1）先求出外电场电场强度E外的大小和方向.

（2）由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合＝0.（3）由E外＋E感＝0，求出感应电场E感的大小和方向.[训练2]

矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时感应电荷产生的电

场在导体内的电场线分布情况正确的是（

A

）ABCDA解析：导体处于静电平衡状态时，导体内部场强处处为0，感应电荷在导体内部某处

产生的电场与场源电荷Q在此处产生的电场场强大小相等，方向相反，故A正确，B、

C、D错误.第23页研习任务三静电屏蔽合作

讨论超高压带电作业的工人穿戴的工作服（如图所示），为什么要用包含金属丝的织

物制成？

提示：超高压带电作业的工人穿戴的工作服用包含金属丝的织物制成，可通过静

电屏蔽保证工人带电作业时的安全.教材

认知静电屏蔽：处于

状态的导体，内部电场强度处处为

，电荷只分布

在导体的

，内部不受外部电场的影响.核心

归纳1.

静电屏蔽的实质：静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象.使金属壳内感应电荷的

电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作

用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零.静电平衡零外表面项目屏蔽外电场屏蔽内电场图示

实现过程场源电荷在空腔内产生的电场与

导体球壳表面上感应电荷在空腔

内产生的电场的合场强为零，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

荷因接地将会传给地球，外部电场消

失，起到屏蔽内电场的作用最终结论空腔内导体不受外界电场影响接地导体空腔外部不受内部电场影响本质静电感应与静电平衡2.

静电屏蔽的两种情况研习

经典[典例3]

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C内

（不跟球壁接触），再将一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B向C靠近，但不接

触时（

B

）BA.

小球A往左偏离竖直方向，小球B往右偏离竖直方向B.

小球A的位置不变，小球B往右偏离竖直方向C.

小球A往左偏离竖直方向，小球B的位置不变D.

小球A和B的位置都不变[解析]

对A受力分析：由于静电屏蔽，B球对球壳里面没有影响，A球受力情况不

变，A球位置不变，A、C错；对B受力分析：球壳C不接地，A球对外界有影响，B球

受到球壳的引力，B球向右偏离，B对，D错.名师点评静电屏蔽的特点（1）封闭导体壳内部电场不受壳外电场影响，封闭导体壳不论接地与否，内部电场

都不受壳外电场影响.（2）接地封闭导体壳外部电场不受壳内电场的影响.[训练3]

如图，某科技馆的静电表演台上，体验者站在一个接地金属笼中，一位工

作人员手持50

kV的高压放电杆靠近金属笼，当与笼壁间距接近30

cm时，放电杆与笼

壁间会产生强烈的电弧，而此时笼中的体验者即使手摸笼体内部也安然无恙.则在放

电杆放电时（

D

）DA.

笼体上感应电荷在笼体内激发的电场的电场强度处处为零B.

放电杆在笼体内激发的电场的电场强度处处为零C.

笼体表面及其内部任意位置的电场强度均为零D.

只有笼体的外表面带电，笼体内表面不带电解析：达到静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零，即感应电荷的电场与放电

杆上电荷的电场的合电场强度为零，但放电杆在笼体内激发的电场的电场强度不为

零，笼体上感应电荷在笼体内激发的电场的电场强度也不为零，选项A、B错误；笼

体内部任意位置的电场强度为零，但笼体外表面的电场强度不为零，选项C错误；处

于静电平衡状态时，只有笼体的外表面带电，笼体内表面不带电，选项D正确.第31页课后提素养基础

题组1.

处于静电平衡中的导体，内部场强处处为零的原因是（

D

）A.

导体内部无任何电场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产生的电场在导体内部叠加的结果解析：导体内部场强处处为零是由于感应电荷的电场与外电场叠加的结果，D正确.D2.

在具有一定厚度的空心金属球壳的球心位置处放一正电荷，如图所示的四个图画

出了其空间电场的电场线情况，符合实际情况的是（

D

）A

B

C

D

解析：球壳处于正电荷的电场中，达到静电平衡，内表面感应出负电荷，外表面感应

出正电荷，球壳内部场强为零，电场线不会穿过球壳，D正确.D中档

题组1.

一个带电的金属球，当它带的电荷量增加且稳定后，其内部的电场强度（

B

）A.

一定增强B.

不变C.

一定减弱D.

可能增强，也可能减弱解析：孤立的带电金属球处于静电平衡，则内部电场强度为零，当它带的电荷量增

加，再次达到静电平衡，其内部电场强度仍为零，故B正确.B2.

如图所示是模拟避雷针作用的实验装置，金属板M接高压电源的正极，金属板N接

负极.金属板N上有两个等高的金属柱A、B，A为尖头，B为圆头.逐渐升高电源电

压，当电压达到一定数值时，可看到放电现象，先产生放电现象的是（

A

）避雷针模拟实验A.A金属柱B.B金属柱C.A、B金属柱同时D.

可能是A金属柱，也可能是B金属柱解析：导体尖端电荷比较密集，更容易产生放电现象，故选A.

A3.

静电除尘原理是设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被

收集起来.如图所示，静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成，A、B间接有高

压电源，它们之间形成很强的电场，能使空气中的气体分子电离，进而使通过除尘器

的尘埃带电，最后被吸附到正极A上.下列选项正确的是（

B

）B静电除尘原理A.

收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了正电B.

收集器A吸附大量尘埃的原因是尘埃带上了负电C.

收集器A和电离器B之间形成的是匀强电场D.

静电除尘过程是机械能向电场能转化的过程解析：收集器A接高压电正极，电离器B接高压负极，尘埃经过电离器带上了负电，

被带正电的A板吸引，故A错误，B正确；收集器A和电离器B不是正对的平行板，故

收集器A和电离器B之间形成的不是匀强电场，故C错误；静电除尘过程是电场力做正

功，电势能减少，机械能增加，是电场能向机械能转化的过程，故D错误.故选B.

静电除尘原理4.

如图所示，一个验电器用金属网罩罩住，当加上水平向右的、电场强度大小为E的

匀强电场时，下列说法正确的是（

C

）A.

验电器的箔片张开B.

金属网罩内部空间为向右的匀强电场C.

金属网罩上的感应电荷在金属网罩内部空间产生的电场方向水平向左D.

金属网罩内外表面都存在感应电荷C解析：在金属内部由于电子可以自由移动，所以当加上水平向右的、电场强度大小为

E的匀强电场时，金属网罩会产生一个与外加电场相反的电场，来抵消外加电场在金

属网罩内部的电场，以保证平衡，从而金属网罩上的电荷重新分布，这就是“静电屏

蔽”的原理.达到静电平衡后金属网罩中的场强为零，故验电器的箔片不张开，A、B

错误；由以上分析可知，金属网罩上的感应电荷在金属网罩内部空间产生的电场方向

水平向左，C正确；由于静电感应，金属网罩外表面存在感应电荷，内表面不存在感

应电荷，D错误.第40页课时作业[基础训练]1.

导体处于静电平衡，下列说法正确的是（

D

）A.

导体内部没有电场B.

导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面C.

导体内部没有电荷的运动D.

以上说法均不正确解析：导体处于静电平衡，导体内部不是没有电场，而是外电场与感应电荷产生的电

场的合场强为零，但两场强仍然存在，A错误；不能说没有电荷，净电荷只分布在外

表面上，自由电子和正电荷仍存在，只是显中性，B错误；导体内部的电荷（电子与

正电荷）的热运动仍然存在，C错误；综上可知，D正确.D1234562.

如图所示，将一个不带电的金属球A放在带正电的点电荷Q的左侧，当金属球达到

静电平衡时，下列判断正确的是（

D

）A.

金属球将产生出正电荷B.

金属球左侧将出现负的净电荷C.

点电荷Q在A的球心处产生的电场强度为零D.A的内部合电场强度处处为零解析：由于静电感应，金属球左侧带正电，右侧带负电，A、B错误；点电荷在球心

产生的电场强度不为零，C错误；A的内部合电场强度处处为零，D正确.D1234563.

一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10－8

C的正电荷，上端开有适当小孔，带

绝缘柄的金属小球B带有2×10－8

C的负电荷，使B球和A球内壁接触，如图所示，则

A、B带电荷量分别为（

B

）A.

QA＝1×10－8

C

QB＝1×10－8

CB.

QA＝2×10－8

C

QB＝0C.

QA＝0

QB＝2×10－8

CD.

QA＝4×10－8

C

QB＝－2×10－8

C解析：B球与A球内壁接触后成为一个新的导体，处于静电平衡状态，内部的电荷量

为零，带电导体的电荷只能分布于导体的外表面，故QB＝0，QA＝4×10－8

C－2×10

－8

C＝2×10－8

C，B正确.B1234564.如图为静电除尘器除尘机理的示意图.尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力

的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的，下列表述正确的是（

D

）A.

到达集尘极的尘埃带正电荷B.

电场方向由放电极指向集尘极C.

带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同D.

同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大解析：由题图示可知，集尘极与直流高压电源正极相连，则电场方向由集尘板指向放

电极，尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，则

尘埃的电场力方向向右，故到达集尘极的尘埃带负电荷，故A、B