第一章靜電場,第7節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用,1了解靜電平衡的概念，掌握靜電平衡的特征 2了解靜電平衡時帶電導(dǎo)體上電荷的分布特點 3了解尖端放電和靜電屏蔽現(xiàn)象,要點一靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場 1靜電感應(yīng)現(xiàn)象 如圖所示，將一不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD放到場強為E0的電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場力的作用下，逆著電場線方向定向移動，使導(dǎo)體的一側(cè)聚集負電荷，而導(dǎo)體另一側(cè)卻聚集等量的正電荷，這種現(xiàn)象就是靜電感應(yīng)現(xiàn)象,2靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體上(包括表面)處處無電荷定向移動的狀態(tài) 3靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特征 (1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的場強處處為零 (2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其外部的場強方向必跟該點的表面垂直 (3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個導(dǎo)體是個等勢體，它的表面是個等勢面,(1)不要認為達到靜電平衡需要很長時間，其實金屬導(dǎo)體建立靜電平衡狀態(tài)的時間只有幾微秒，相當快 (2)達到靜電平衡后，自由電子沒有定向移動而不是說導(dǎo)體內(nèi)部的電荷不動，內(nèi)部的電子仍在做無規(guī)則的運動,(3)導(dǎo)體達到靜電平衡后，內(nèi)部場強處處為零是指原電場的電場強度E0與導(dǎo)體兩端感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場強E的合場強為零 (4)應(yīng)該注意靜電感應(yīng)與感應(yīng)起電的區(qū)別和聯(lián)系，感應(yīng)起電是運用靜電感應(yīng)現(xiàn)象使物體起電的一種方法，而靜電感應(yīng)則是電場中導(dǎo)體兩端暫時出現(xiàn)等量相反電荷的現(xiàn)象,要點二導(dǎo)體上電荷的分布 1凈電荷都分布在導(dǎo)體的表面，導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷 2感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反，電量相等，遠同近異，如圖所示：,3凈電荷在導(dǎo)體表面分布不均勻，導(dǎo)體表面尖銳處電荷分布密集，平滑處電荷分布稀疏，凹陷處幾乎沒有電荷，如圖所示：,(1)一個孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場中，處于靜電平衡狀態(tài)，具有靜電平衡的所有特點人與大地都是導(dǎo)體，在人摸(觸)導(dǎo)體的過程中，帶電體、人、大地組成一個新導(dǎo)體，地球往往是新導(dǎo)體的遠端 (2)凈電荷是指導(dǎo)體內(nèi)未被中和抵消的剩余電荷，感應(yīng)電荷是指由于靜電感應(yīng)而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)的等量異種電荷,要點三尖端放電 1空氣的電離 電荷在導(dǎo)體表面的分布與導(dǎo)體的彎曲程度有關(guān)，導(dǎo)體表面突出和尖銳的地方，電荷的分布密集，因此導(dǎo)體尖端附近的電場很強，空氣中殘留的帶電粒子在強電場的作用下發(fā)生劇烈的運動，把空氣中的氣體分子撞“散”，也就是使分子中的正負電荷分離這個現(xiàn)象叫做空氣的電離,2. 尖端放電 中性分子電離后變成帶負電的自由電子和失去電子而帶正電的離子這些帶電粒子在強電場的作用下加速，撞擊空氣中的分子，使它們進一步電離，產(chǎn)生更多的帶電粒子那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，這相當于導(dǎo)體從尖端失去電荷這個現(xiàn)象叫尖端放電,3尖端放電的應(yīng)用和防止 (1)避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施如圖所示，通過避雷針的尖端放電后，建筑物不至于積累過多的電荷而遭雷擊 (2)尖端放電會導(dǎo)致高壓設(shè)備上電能的損失，所以高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面應(yīng)該盡量光滑,要點四靜電屏蔽 1現(xiàn)象：如圖所示，先使A帶電，然后移近驗電器B，由于靜電感應(yīng)，B的金屬箔片張開；若把B置于金屬網(wǎng)罩中，發(fā)現(xiàn)B的金屬箔片并不張開 2定義：具有空腔的金屬導(dǎo)體在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導(dǎo)體內(nèi)部場強為零，腔內(nèi)場強也為零，因而置于腔內(nèi)的物體不受外界電場的影響，這種作用叫靜電屏蔽,3兩種典型的靜電屏蔽現(xiàn)象 (1)外屏蔽：如圖所示，若空腔導(dǎo)體內(nèi)有帶電體，在靜電平衡時，它的內(nèi)表面將產(chǎn)生等量異號的感應(yīng)電荷如果外殼不接地，則外表面會產(chǎn)生與內(nèi)部帶電體等量而同號的感應(yīng)電荷，此時感應(yīng)電荷的電場將對外界產(chǎn)生影響，這時空腔導(dǎo)體只能對外電場屏蔽，卻不能屏蔽內(nèi)部帶電體對外界的影響，所以叫外屏蔽,(2)全屏蔽：如圖所示，如果外殼接地，即使內(nèi)部有帶電體存在，這時內(nèi)表面感應(yīng)的電荷與帶電體所帶的電荷的代數(shù)和為零，而外表面產(chǎn)生的感應(yīng)電荷通過接地線流入大地外界對殼內(nèi)無法影響，內(nèi)部帶電體對外界的影響也隨之而消除，所以這種屏蔽叫做全屏蔽,4靜電屏蔽的應(yīng)用和防止 (1)應(yīng)用：為了防止外界信號的干擾，靜電屏蔽被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)工作中許多電子儀器外面都套著金屬罩；通訊電纜外面包著一層鉛皮；高壓帶電作業(yè)人員穿金屬網(wǎng)衣；又如電話線從高壓線下經(jīng)過，為了防止高壓線對電話線的影響，在高壓線與電話線之間裝一金屬網(wǎng)等，這些都是用來防止外界電場干擾的屏蔽措施,(2)防止：靜電屏蔽也可帶來不利的影響如通訊工具在鋼筋結(jié)構(gòu)建筑中接收信號較弱；宇宙飛船返回地球大氣層時，與大氣層的高速摩擦，在飛船周圍形成一層等離子體，對飛船產(chǎn)生靜電屏蔽作用，導(dǎo)致飛船和地面控制中心的通信聯(lián)絡(luò)暫時中斷,(1)分析靜電屏蔽問題時首先要分清外殼是否接地 (2)實際應(yīng)用中金屬外殼不必嚴格完全封閉，用金屬網(wǎng)罩代替金屬殼體也能起到屏蔽作用,如圖所示，在孤立點電荷Q的電場中，金屬圓盤A處于靜電平衡狀態(tài)若金屬圓盤平面與點電荷在同一平面內(nèi)，試在圓盤A內(nèi)作出由盤上感應(yīng)電荷形成的附加電場的三條電場線(用實線表示，要求嚴格作圖),【解析】導(dǎo)體A處于靜電平衡狀態(tài)，因此內(nèi)部每點的合場強都為零，即導(dǎo)體A內(nèi)的每一點，感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場強度都與點電荷Q在該點的電場強度大小相等、方向相反，即感應(yīng)電荷的電場線與點電荷Q的電場線重合，且方向相反(注意：圖中的虛線是為了確定A內(nèi)的實線而畫出的，并不表示A外部的電場線) 【答案】如圖所示,【方法總結(jié)】 (1)明確研究對象是否達到靜電平衡狀態(tài) (2)判斷導(dǎo)體兩端的電荷分布及所產(chǎn)生的電場方向，可由靜電感應(yīng)現(xiàn)象判知同種電荷被盡可能排斥到遠處，異種電荷被盡可能吸引到近處 (3)根據(jù)靜電平衡現(xiàn)象的特點，達到平衡的導(dǎo)體內(nèi)部，合電場為零，整個導(dǎo)體是等勢體，來計算感應(yīng)電荷在某點產(chǎn)生的電場強度或其他問題,長為l的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為q的點電荷放在距棒左端R處，如圖所示當棒達到靜電平衡后，棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點P處產(chǎn)生的電場強度大小等于_，方向為_ 解析：導(dǎo)體棒在點電荷q的電場中發(fā)生靜電感應(yīng)，左端出現(xiàn)負電荷，右端出現(xiàn)正電荷，棒中任何一點都有兩個電場，即外電場：q在該點形成的電場E0；附加電場：棒上感應(yīng)電荷在該點形成的電場E，達到靜電平衡時EE0.,變式訓(xùn)練 1-1,如圖所示，A為帶電的空腔導(dǎo)體，B為離A很遠的不帶電的驗電器，現(xiàn)用一根導(dǎo)線一端與A的內(nèi)壁接觸，另一端與B接觸，則B的金屬箔片是否張開？,【解析】 【答案】張開,【方法總結(jié)】 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體凈電荷只分布在外表面，應(yīng)注意區(qū)分內(nèi)表面和外表面，在導(dǎo)體外部就是外表面，還應(yīng)注意是凈電荷分布在外表面上,(2015溫州十校聯(lián)考)如圖所示，Q帶負電荷，導(dǎo)體P在a處接地，下列說法中正確的是(),變式訓(xùn)練 2-1,A導(dǎo)體P的a端不帶電荷，b端帶負電荷 B導(dǎo)體P的a端帶正電荷，b端不帶電 C導(dǎo)體P的a端帶正電荷，b端帶負電荷，且正、負電荷的電荷量相等 D導(dǎo)體P的a端帶正電荷，b端帶負電荷，正電荷的電荷量大于負電荷的電荷量,解析：導(dǎo)體P接地時與大地組成一個新的導(dǎo)體，a為新導(dǎo)體的靠近Q的一端，而大地是遠離Q的一端，由于靜電感應(yīng)的作用，靠近Q的a端會帶上與Q相反的電荷，即帶上正電荷，b端感應(yīng)出來的負電荷被導(dǎo)到大地上，b端不帶電，B選項正確 答案：B,如圖所示，兩個相同的空心金屬球M和N，M帶電荷量為Q，N不帶電(M、N相距很遠，互不影響)，旁邊各放一個不帶電的金屬球P和R，當將帶正電Q的小球分別放入M和N的空腔中時(),AP、R上均出現(xiàn)感應(yīng)電荷 BP、R上均沒有感應(yīng)電荷 CP上有而R上沒有感應(yīng)電荷 DP上沒有而R上有感應(yīng)電荷 【解析】本題考查靜電屏蔽問題：當將帶正電Q的小球放入M的空腔中時，由于靜電感應(yīng)，M的內(nèi)表面帶負電，而外表面帶正電，其電荷量為Q，它與原來金屬球M外表面所帶的電荷Q正好中和，使外表面不帶電,這實際上是M所帶電荷Q被吸引至內(nèi)表面，所以金屬球M外部不存在電場，不能使P產(chǎn)生靜電感應(yīng)，P上沒有感應(yīng)電荷當將帶正電Q的小球放入原來不帶電的N的空腔中時，由于靜電感應(yīng)，N內(nèi)表面帶負電荷，外表面帶正電荷，N外部有電場，使R產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使左端帶負電，右端帶正電，故選項D正確 【答案】D,【方法總結(jié)】 (1)研究靜電屏蔽問題時，應(yīng)首先判斷金屬殼是否接地 (2)若金屬殼不接地，金屬殼內(nèi)部空間不受殼外部電場的影響 (3)若金屬殼接地，殼內(nèi)部電場對殼外空間沒有影響,(2014保定一模)“從生活走向物理，從物理走向社會”是現(xiàn)代物理教與學(xué)的宗旨，下列有關(guān)物理與生產(chǎn)生活實踐的說法中，正確的是() A運輸汽油時把汽油裝進金屬桶比裝進塑料桶安全 B高速下坡的自行車遇緊急情況需要剎車，應(yīng)先剎前輪 C電工穿絕緣衣服比穿金屬網(wǎng)衣服安全 D“坐地日行八萬里”是一種夸張的修辭手法，實際上人并沒有移動,變式訓(xùn)練 3-1,解析：金屬導(dǎo)體可以靜電屏蔽，不易引起火災(zāi)，故A選項正確；高速下坡的自行車剎前輪，由于慣性，人車會前傾摔倒，故B選項錯誤；金屬網(wǎng)衣服可以屏蔽靜電，保護人體安全，C選項錯誤；以地球為參考系，可以實現(xiàn)“坐地日行八萬里”，故D選項錯誤 答案：A,如圖為空腔球形導(dǎo)體(不帶電)，現(xiàn)將一個帶正電的小金屬球A放入腔內(nèi)，靜電平衡時，圖中a、b、c三點的場強E和電勢的關(guān)系是() AEaEbEc，abc BEaEbEc，abc CEaEbEc，abc DEaEcEb，abc,【解析】 【答案】D,【方法總結(jié)】 導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時，內(nèi)部場強處處為零，但表面各處的場強并不相同；整個導(dǎo)體是等勢體，表面是等勢面，場強和表面處處垂直若能根據(jù)靜電平衡狀態(tài)時導(dǎo)體上的電荷分布，畫出電場線的大體分布，再結(jié)合以上特點，就可以比較空間中一些點的場強、電勢,在兩塊帶等量異性電荷的平行金屬板M、N之間，垂直于金屬板放置一個原來不帶電的金屬棒AB，如圖所示當達到靜電平衡后，以下說法中正確的是() A金屬棒上A端電勢高于B端電勢 B金屬棒上A、B兩端電勢相等 C由于靜電感應(yīng)，金屬棒的A端帶正電荷 D由于靜電感應(yīng)，金屬棒的A端帶負電荷,變式訓(xùn)練 4-1,解析：根據(jù)靜電平衡知識可知，金屬棒A端感應(yīng)負電荷，B端感應(yīng)正電荷，整個導(dǎo)體是一個等勢體，表面是一個等勢面，故BD選項正確，AC選項錯誤 答案：BD,1導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時，下列說法正確的是() A導(dǎo)體內(nèi)部沒有電場 B導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面 C導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷的運動 D以上說法均不正確,解析：導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時，導(dǎo)體內(nèi)部不是沒有電場，而是外電場與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場的合場強為零，但兩場強仍然存在，故A錯；對于B，不能說沒有電荷，凈電荷只分布在外表面上，自由電子和正電荷仍存在，只是顯中性，故B錯；對于C，導(dǎo)體內(nèi)部的電荷(電子與正電荷)的熱運動仍然存在，故C錯只有D正確 答案：D,2為了體現(xiàn)高考的公平公正，很多地方高考時在考場上使用手機信號屏蔽器，該屏蔽器在工作過程中以一定的速度由信道的低端頻率向高端掃描該掃描速度可以在手機接收報文信號中形成亂碼干擾，手機不能檢測出從基站發(fā)出的正常數(shù)據(jù)，使手機不能與基站建立聯(lián)接，達到屏蔽手機信號的目的，手機表現(xiàn)為搜索網(wǎng)絡(luò)、無信號、無服務(wù)系統(tǒng)等現(xiàn)象根據(jù)你學(xué)過的知識可以判斷() A手機信號屏蔽器是利用靜電屏蔽的原理來工作的 B手機信號必須在介質(zhì)中才能傳播,C手機信號屏蔽器工作時基站發(fā)出的電磁波不能傳播到考場內(nèi) D手機信號屏蔽器是通過發(fā)射電磁波干擾手機工作來達到目的 解析：手機信號屏蔽器是利用屏蔽器發(fā)出的電磁波去干擾手機從基站傳過來的信號，從而起到屏蔽作用，不是利用靜電屏蔽的原理來工作的，A選項錯誤，D選項正確；手機信號是電磁波，傳播不需要介質(zhì)，B選項錯誤；手機信號屏蔽器工作時基站發(fā)出的電磁波能傳播到考場內(nèi)，不過基站傳過來的信號受到了干擾，C選項錯誤 答案：D,3一個帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4108 C的正電荷，上端開有適當小孔，有絕緣柄的金屬小球B帶有2108 C的負電荷，使B球和A球內(nèi)壁接觸，如圖所示，則A、B帶電量分別為() AQA108 C，QB108 C BQA2108 C，QB0 CQA0，QB2108 C DQA4108 C，QB2108 C 解析：由電荷守恒定律和處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體特點可知B正確 答案：B,答案：D,5在如圖所示的實驗中，驗電器的金屬箔會張開的是(),解析：選項A中不會張開，金屬網(wǎng)可以屏蔽外電場選項B中會張開，因為金屬網(wǎng)未接地，網(wǎng)內(nèi)的帶電體可以對外界產(chǎn)生影響選項C、D中不會張開，因為金屬網(wǎng)已接地，網(wǎng)內(nèi)的帶電體對網(wǎng)外無影響，網(wǎng)外的帶電體對網(wǎng)內(nèi)也無影響 答案：B,