2027高中物理必修第三册（新教材）第4节　静电的防止与利用

第4节静电的防止与利用学习目标1．了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特性。2.了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点。3.了解尖端放电、静电屏蔽和静电吸附现象。基础自主梳理第一部分一、静电平衡1．静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧出现感应电荷的现象。2．静电平衡状态：导体内的自由电子不再发生____________的状态。3．导体内部电场强度特点：内部的电场强度___________。定向移动处处为0二、尖端放电1．电离：导体越尖锐的位置，电荷密度越________，周围的电场强度越________，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________的现象。2．尖端放电：所带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，与尖端的电荷________，相当于导体从尖端失去电荷的现象。大大分离中和3．尖端放电的应用与防止(1)应用：________是利用尖端放电避免雷击的一种设施。(2)防止：高压设备中导体的表面尽量________，减少电能的损失。避雷针光滑三、静电屏蔽1．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场强度________，外电场对壳内不会产生影响。2．静电屏蔽的应用(1)把电学仪器放在封闭的金属壳里。(2)野外三条输电线上方架设两条导线，与大地相连，把输电线屏蔽起来。处处为0四、静电吸附1．静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极被收集起来。2．静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。3．静电复印的工作过程充电→________→显影→转印→放电曝光深化辨析判断下列说法是否正确(1)处于静电平衡状态的导体内部任意点的电场强度为零。(

)(2)静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为零。(

)(3)处于静电平衡状态下的导体内部的自由电荷静止不动。(

)(4)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。(

)(5)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开。(

)×√√××核心知识深度探究第二部分知识点一静电感应和静电平衡物理情境探究情境探究1如图所示，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，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？定向移动的方向又如何？[提示]

自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动，向着与电场相反的方向定向移动。(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？[提示]

不能。感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止。1．静电平衡(1)电荷分布的变化情况：金属导体放到电场强度为E0的电场中，金属中的自由电荷在静电力作用下定向移动导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷。(2)合电场强度的变化情况：感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合电场强度减小。当感应电荷继续增加，合电场强度逐渐减小，合电场强度为零时，达到平衡状态，自由电荷的定向移动停止。2．静电平衡特点(1)净电荷只分布在导体表面，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，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集中，电荷电场线越密集，如图乙所示。(4)处于静电平衡的导体周围的电场分布情况如图丙、丁所示，电场线垂直于导体表面。例1如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下列说法不正确的是(

)典型例题共研AA．A、B两点电场强度相等，且都不为零B．枕形导体内的自由电子不再发生定向移动C．正电荷在A点产生的电场强度大于B点D．当开关S闭合后，A、B两点的电场强度为零[解析]导体处于静电平衡状态，导体内部电场强度处处为零，导体内的自由电子不再发生定向移动，故A错误，B正确；A点离正电荷较近，故正电荷在A点产生的电场强度较大，故C正确；当开关S闭合后，电子从大地沿导线向导体移动，导体内部电场强度处处为零，D正确。例2如图，一个原来不带电的半径为r的空心金属球放在绝缘支架上，右侧放置一个电荷量为＋Q

的点电荷，点电荷到金属球表面的最近距离为2r。静电平衡时感应电荷在球心处激发的电场强度大小为(

)B感应电荷产生的电场的电场强度的求解方法(1)确定外电场的电场强度E外的大小和方向。(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡的条件E合＝0。(3)由E外＋E感＝0，求出感应电场的电场强度E感的大小和方向。知识点二静电屏蔽物理情境探究情境探究2某同学在学习了电学知识后对电工穿的高压作业服进行了研究，发现高压作业服是用铜丝编织的，你能告诉他其中的原理吗？[提示]

电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用。1．静电屏蔽的实质：利用静电感应，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零。2．静电屏蔽的两种情况项目图示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实现过程最终结论本质因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷产生的电场在空腔内的合电场强度为零，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静电感应与静电平衡例3

(2026·河北沧州市期中)某科学博物馆有一个令人印象深刻的实验演示：将人安置在一个巨大的金属笼内，即使外加于金属笼的高电压产生巨大火花，金属笼内的人依然毫发无伤。依据前述实验结果，若将一导体球壳置于电场中，则下列电场线分布示意图正确的是(

)典型例题共研D[解析]导体球壳放置在电场中，导体球壳处于静电平衡状态，内部电场强度为0，即没有电场线，故A、B、C错误，D正确。例4

(2026·云南昆明市期中)下列各图中，验电器原不带电，玻璃棒带正电，关于验电器下方金属箔片可能的带电情况，下列说法正确的是(

)BA．甲中带负电 B．乙中带正电C．乙中不带电 D．丙中带负电[解析]玻璃棒带正电，与验电器金属球接触时，验电器会通过接触带电，金属箔片应带正电，故A错误；玻璃棒带正电，靠近验电器金属球时，会发生静电感应，金属球带负电，金属箔片带正电，故B正确，C错误；验电器放在金属网中(静电屏蔽)，外部电场不会影响内部，但玻璃棒带正电，金属网会感应带电，金属网外表面近端带负电、远端带正电，金属网内部电场处处为0，即由于静电屏蔽，验电器金属箔片最终不带电，故D错误。知识点三尖端放电静电的防止和利用物理情境探究情境探究3油罐车尾部都装有导电拖地带，你知道这是为什么吗？[提示]

油罐车在运输的时候，油会与桶壁摩擦起电，油罐车后面拖一条导电拖地带就可以将产生的静电及时导走，防止静电积累到一定程度再放电发生爆炸危害。1．尖端放电：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的运动，使空气电离，电离后的电荷与尖端上的电荷中和，使尖端电量减少。2．静电利用的原理：带电粒子在静电力作用下聚集到相应带电极板，从而达到除尘、喷漆、复印等目的。3．静电的危害(1)静电吸附尘埃会对印刷、制药、合成纤维等工业生产带来危害。(2)静电对高密仪器有干扰甚至毁坏作用。(3)静电最大的危害是静电火花点燃某些易燃物质而引起爆炸。4．静电的防护(1)抑制静电的产生。(2)及时导走静电。(3)进行静电中和。例5

(2026·福建福州市期中)每到夏季，南方各省纷纷进入雨季，雷雨等强对流天气频繁发生。当我们遇到雷雨天气时，一定要注意避防雷电。下列说法正确的是(

)①在旷野，可到树下躲雨②避免使用带金属尖的雨伞③不宜使用无防雷措施或防雷措施不足的电器及水龙头④不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙，远离带电设备A．①②③ B．①②④C．①③④

D．②③④典型例题共研D[解析]

①树木较高且潮湿，因尖端放电原理，电荷在树木尖端聚集，电场强度大，易引雷，在树下躲雨会增加雷击风险，故此说法错误；②金属尖端在雷雨天气易聚集电荷，引发尖端放电，从而增加人体遭雷击的可能性，故此说法正确；③雷电可能通过电线或金属管道(如水龙头)引入室内，电器无防雷措施时易形成导电路径，造成触电或设备损坏，故此说法正确；④天线、金属门窗、建筑物外墙，这些金属物体在雷雨天气可能因感应带电或直接接收到闪电而携带电流，接触它们易导致触电，故此说法正确。综上，正确的说法是②③④。例6

(2026·辽宁省学业考试)生活中有很多利用和防止静电的例子，以下措施利用了静电的吸附作用的是(

)A．印刷车间中保持适当的湿度B．工厂的烟囱中安装静电除尘装置C．在制造轮胎的橡胶中添加导电材料D．运输汽油的车辆总有一条铁链拖在地上B[解析]印刷车间保持湿度是为了减少静电积累，防止静电引起的纸张粘连或火花，属于防止静电，故A错误；静电除尘装置使烟尘带电后被电极吸附，直接应用了静电的吸附作用，故B正确；轮胎添加导电材料是为了导走静电，避免电荷积累引发危险，属于防止静电，故C错误；油罐车拖铁链是将静电导入大地，防止静电放电引发火灾，属于防止静电，故D错误。第三部分随堂演练巩固落实D1．(静电感应和静电平衡)在水平向右的大小为E0的匀强电场中，放入一不带电的导体球，导体球在静电平衡后其周围的电场分布如图所示，以球心O为坐标原点建立直角坐标系，x轴平行于原匀强电场的方向。已知M、N为x轴上关于O点对称的两个点，两点电场强度分别为EM、EN，P、Q为y轴上关于O点对称的两个点，两点电场强度分别为EP、EQ，且有EN＞E0，EQ<E0，下列说法正确的是(

)A．EM＞ENB．EP＞EQC．导体球上的感应电荷在M点产生的电场方向向左D．导体球上的感应电荷在P点产生的电场方向向左解析：根据电场对称性可知EM＝EN，EP＝EQ，由EN＝EM＞E0，可知导体球上的感应电荷在M点产生的电场方向向右，由EP＝EQ＜E0，可知导体球上的感应电荷在P点产生的电场方向向左。B2．(静电的防止和利用)(2026·东北三省一区联考)下列为生活中常见的静电现象，说法正确的是(

)A．图甲中，因为有金属网的屏蔽，A球上的电荷在验电器金属球B处产生的电场强度为零B．图乙中，高压输电线最上面两根导线的作用是和大地一起组成稀疏金属“网”把高压线屏蔽起来C.图丙中，两条优质的话筒线外面包裹着金属外衣是为了防止漏电D．图丁中，静电除尘装置将带负电的尘埃收集在线状电离器B上解析：题图甲中，由于金属网的屏蔽，验电器箔片不会张开，这不是因为A球上的电荷在验电器金属球B处产生的电场强度为零，而是因为A球上的电荷在验电器金属球B处产生的电场强度与金属网产生的电场强度相互平衡，故A错误；题图乙中，高压输电线最上面两根导线是避雷线，它们与大地相连，和大地一起组成稀疏金属“网”，能把高压线屏蔽起来，避免雷击，故B正确；话筒线金属外衣是屏蔽层，防止外界电磁波干扰，不是防漏电，故C错误；静电除尘装置中，空气电离使尘埃带负电，应被吸附在带正电的收尘极A(金属板)上，不是收集在线状电离器B上，故D错误。A3．(静电的防止和利用)(2026·辽宁朝阳市期中)关于静电的应用与静电危害的防止，下列说法正确的是(

)A．高压输电导线表面要很光滑是为了