学案5：9.4,静电防止与利用

　9.4

　静电的防止与利用

　『学习目标』 1.静电平衡状态是指处在电场中的导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。

　2．处于静电平衡状态的导体是一个等势体，其表面是等势面，其内部电场强度处处为零。

　3．尖端放电现象是导体尖端失去电荷的现象。

　4．金属壳达到静电平衡时，其内部不受外部电场影响，金属壳的这种作用叫静电屏蔽。

　『自主预习』 『基础知识梳理』 一、静电平衡状态、导体上电荷的分布 1．静电平衡状态 导体中(包括表面)

　 不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。

　2．静电平衡状态下导体的特点 (1)处于静电平衡状态的导体，内部

　处处为零。

　(2)处于静电平衡状态的整个导体是一个

　，它的表面是一个等势面。

　(3)表面处的电场强度不为零，方向跟导体表面

　 。

　3．导体上电荷的分布 (1)处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在导体的

　 。

　(2)在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积上的电荷量)

　，凹陷的位置

　电荷。

　二、尖端放电和静电屏蔽

　尖端放电 静电屏蔽 原理 导体尖端的强电场使附近的空气

　，

　 后的异种离子与尖端的电荷

　，相当于导体从尖端失去电荷 当金属外壳达到静电平衡时，

　 没有电场，因而金属的外壳会对其

　 起保护作用，使它

　 不受外部电场的影响 应用或防止 应用：

　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

　会减少电能的损失 应用：电学仪器外面有金属壳，野外高压线上方还有两条导线与大地相连 『基础题组自测』 1．判一判 (1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零。(

　 ) (2)静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，导体的电势也为零。(

　 ) (3)因为外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场为 0，所以处于静电平衡的导

　体内部电场处处为 0。(

　 ) (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。(

　) (6)飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。(

　 ) 2．议一议 (1)如图所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内，小球带不带电？

　 (2)把手机放在不锈钢快餐杯中并用盖子盖住，手机还能接通吗？如果放在塑料饭盒中呢？试一试并解释其中的原因。

　『考点突破探究』 考点一、对静电平衡的理解 1．静电平衡实质 (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)静电平衡的条件：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整个导体是一个等势体，导体表面是等势面，但电势不一定为零。

　③电场线与导体表面垂直。

　(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。

　『典例』 『多选』如图所示，带负电的点电荷旁有一接地大金属板，A 为金属板内的一点，B 为金属板左侧外表面上的一点，下列关于金属板上感应电荷在 A 点和 B 点的场强方向判断正确的是(

　)

　A．感应电荷在 A 点的场强沿 E 1 方向 B．感应电荷在 A 点的场强沿 E 2 方向 C．感应电荷在 B 点的场强可能沿 E 3 方向 D．感应电荷在 B 点的场强可能沿 E 4 方向

　『规律总结』 求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法是：

　(1)运用 E＝k Qr 2 求出外电场场强 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。

　『题组训练』 1．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(

　)

　A．a 端的电势比 b 端的高

　B．b 端的电势比 d 点的低 C．a 端的电势不一定比 d 点的低 D．杆内 c 处场强的方向由 c 指向 b 2．如图所示，一个方形的金属盒原来不带电，现将一个带电荷量为＋Q 的点电荷放在盒左边附近，达到静电平衡后，盒上的感应电荷在盒子内部产生的电场分布情况正确的是(

　)

　考点二、静电屏蔽的两种情况 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。

　2．静电屏蔽的两种情况

　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，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体 『题组训练』 1．一金属容器置于绝缘板上，带电小球用绝缘细线悬挂于容器中，容器内的电场线分布如图所示。容器内表面为等势面，A、B 为容器内表面上的两点，下列说法正确的是(

　)

　A．A 点的电场强度比 B 点的大 B．小球表面的电势比容器内表面的低 C．B 点的电场强度方向与该处内表面垂直 D．将检验电荷从 A 点沿不同路径移到 B 点，电场力所做的功不同 2.『多选』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，下列物理量中等于零的是(

　)

　A．导体腔内任意点的场强

　 B．导体腔内任意点的电势 C．导体外表面的电荷量 D．导体空腔内表面的电荷量 3.导体球壳 B 带有正电荷 Q，其中心处放有导体球 A，用细金属丝通过 B 上的小孔与地相连(细金属丝不与球壳 B 相碰)，如图所示。则导体球 A(

　) A．不带电

　B．带正电 C．带负电 D．可能带正电，也可能带负电

　—— ★

　参

　考

　答

　案

　★ ——

　 『自主预习』 『基础知识梳理』 一、静电平衡状态、导体上电荷的分布 1．自由电子 2．(1)电场

　(2)等势体

　(3)垂直 3．(1)外表面

　(2)越大

　几乎没有 二、尖端放电和静电屏蔽 电离

　电离

　中和

　内部

　内部

　内部

　避雷针

　光滑

　 『基础题组自测』 1．(1)√

　 (2)×

　(3)√

　(4)×

　(5)×

　(6)√ 2．(1)不带电。小球放入金属空腔球壳内，平衡后，电荷只分布在金属空腔球壳的外表面。

　(2)手机放在塑料饭盒中能够接通，放在不锈钢快餐杯中不能接通。这是因为不锈钢快餐杯能够形成静电屏蔽，手机无法接收到外界的电磁信号，所以不能接通。

　『考点突破探究』 考点一、对静电平衡的理解 『典例』 『『解析 』』 金属内部场强为 0，点电荷在 A 点场强方向为 E 1 ，感应电荷的场强为 E 2 ，二者叠加后才能为 0，故 A 错误，B 正确。B 点在金属板外表面上，那么 B 点合场强方向应垂直金属板向左，而点电荷引起的分场强指向负电荷，合场强分解，一个方向指向负电荷，一个方向则可能为题目所给的 E 3 方向，故 C 正确，D 错误。

　『『答案 』』 BC 『题组训练』 1． 『解析』 选 B 首先画出电场线(如图所示)，沿电场线方向电势降低，b 点电势比 d 点低，B 正确；金属杆 ab 在静电平衡后是一个等势体，a 点电势等于 b 点电势，也比 d 点低，选项 A、C 均错误；静电平衡后的导体内部场强为零，选项 D 错误。

　2． 『解析』 选 C 金属盒内部由于处于静电平衡状态，因此内部每点的合电场强度都为 0，即金属盒内的每一点，感应电荷产生的电场的电场强度都与点电荷＋Q 在那点产生的电场的电场强度大小相等、方向相反，即感应电荷的电场线与点电荷＋Q 的电场线重合，但方向相反。

　考点二、静电屏蔽的两种情况

　 『题组训练』 1． 『解析』 选 C 由题图知 B 点的电场线比 A 点的密集，所以 B 点的电场强度比 A 点的大，故 A 错误；根据沿电场线的方向电势降低可知，小球表面的电势比容器内表面的高，所以 B错误；电场线的方向与等势面垂直，所以 B 点的电场强度方向与该处内表面垂直，故 C 正确；由于 A、B 两点在同一等势面上，故无论将检验电荷以怎样的路径从 A 点移到 B 点，电场力所做的功都为零，所以 D 错误。

　2. 『解析』 选 ABD 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，故选项A、D 正确。由于导体接地，故整个导体的电势为零，选项 B 正确。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 不正确。

　3. 『解析』 选 C 球壳 B 带正电荷后，附近的大地因静电感应将带负电荷，由于导体球 A与大地相连，相当于近端，因此，A 上也会感应出一定量的负电荷。