第一章 靜電場(chǎng) 7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 課前預(yù)習(xí) 1 靜電感應(yīng)現(xiàn)象處于電場(chǎng)中的導(dǎo)體 由于 的作用 電荷出現(xiàn) 的現(xiàn)象 2 靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體中 包括表面上 沒(méi)有電荷 的狀態(tài) 靜電平衡狀態(tài) 電場(chǎng)力 重新分布 定向移動(dòng) 3 靜電平衡狀態(tài)的特征 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng) 2 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面 3 處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè) 導(dǎo)體的表面為 處處為零 垂直 等勢(shì)體 等勢(shì)面 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷 電荷只分布在導(dǎo)體的 2 在導(dǎo)體表面 越尖銳的位置 電荷的密度 單位面積的電荷量 凹陷的位置 電荷 導(dǎo)體上電荷的分布 外表面上 越大 幾乎沒(méi)有 1 電離在導(dǎo)體尖端強(qiáng)電場(chǎng)的作用下 使空氣分子中的 分離 這種現(xiàn)象叫做空氣的電離 2 尖端放電由于導(dǎo)體尖端的 很大 其附近電場(chǎng) 使周圍中性空氣分子電離 變成帶電離子 這些帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)加速下 會(huì)使更多的空氣分子電離 產(chǎn)生大量的 與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子被 到尖端 跟尖端上的電荷 這相當(dāng)于尖端 電荷 這個(gè)現(xiàn)象叫尖端放電 尖端放電 正負(fù)電荷 電荷密度 很強(qiáng) 帶電粒子 吸引 中和 失去 3 應(yīng)用和防止 1 應(yīng)用 是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施 2 防止 高壓設(shè)備中導(dǎo)體的 會(huì)減少電能的損失 避雷針 表面盡量光滑 1 定義當(dāng)金屬外殼達(dá)到靜電平衡時(shí) 內(nèi)部 電場(chǎng) 因而金屬的外殼會(huì)對(duì)其 起保護(hù)作用 使它 不受 影響的現(xiàn)象 2 應(yīng)用電學(xué)儀器外面有 野外高壓線上方還有 與大地相連 都是利用靜電屏蔽現(xiàn)象消除外電場(chǎng)的影響 靜電屏蔽 沒(méi)有 內(nèi)部 內(nèi)部 外部電場(chǎng) 金屬殼 兩條導(dǎo)線 判一判 1 靜電平衡時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再運(yùn)動(dòng) 2 靜電平衡時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零 3 靜電平衡時(shí) 導(dǎo)體電勢(shì)為零 4 靜電平衡時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)部表現(xiàn)為電中性 電荷都分布在外表面 導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈電荷 5 一個(gè)孤立的帶電體 在自身所帶電荷的電場(chǎng)中 處于靜電平衡狀態(tài) 不具有靜電平衡的特點(diǎn) 選一選 多選 夏季 在雷云形成的過(guò)程中 由于摩擦起電一些云層帶正電 另一些云層帶負(fù)電 它們對(duì)大地的靜電感應(yīng)使地面產(chǎn)生異種電荷 當(dāng)云層與云層間或云層與地面間的 電勢(shì)差 達(dá)到幾萬(wàn)伏以上時(shí) 空氣被擊穿 暴發(fā)電閃雷鳴 假如在戶外我們?cè)庥隼纂?下列防雷措施可行的是 A 在大樹(shù)下避雷雨B 停留在山頂 山脊的涼亭等地方避雷雨C 不要快速開(kāi)摩托 快騎自行車和在雨中狂奔D 在空曠地帶 最好關(guān)掉手機(jī)電源 CD 解析 表面具有突出尖端的導(dǎo)體 在尖端的電荷分布密度很大 使得其周圍電場(chǎng)很強(qiáng) 就可能使其周圍的空氣發(fā)生電離而引發(fā)尖端放電 因此不要在大樹(shù)下避雨 別停留在山頂 山脊的涼亭等地方 快速開(kāi)摩托 快騎自行車和在雨中狂奔 身體的跨步越大 電壓就越大 雷電也越容易傷人 在空曠地帶使用手機(jī)通話 手機(jī)很有可能成為閃電的放電對(duì)象 想一想 你知道家用電視機(jī) 收音機(jī)外殼的制作材料為何一般是塑料 而不用金屬的主要原因嗎 解析 若用金屬制作家用電視機(jī) 收音機(jī)外殼 用電器的金屬外殼就形成靜電屏蔽 電磁信號(hào)就難以被電視機(jī) 收音機(jī)這類電磁波接收器接收 電視機(jī) 收音機(jī)就不能正常工作 課內(nèi)探究 如圖所示 當(dāng)一個(gè)帶電體靠近不帶電導(dǎo)體時(shí) 由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受到靜電力的作用 將向著與電場(chǎng)相反的方向定向移動(dòng) 從而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷 這就是前面學(xué)習(xí)的靜電感應(yīng)現(xiàn)象 1 這種定向移動(dòng)是無(wú)休止的嗎 2 電荷的移動(dòng)對(duì)導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)有影響嗎 3 你能在圖中畫(huà)出等勢(shì)面嗎 提示 1 不是 2 有 3 能 圖略 探究一對(duì)靜電平衡及其特點(diǎn)的理解 1 1 靜電平衡實(shí)質(zhì) 1 在達(dá)到靜電平衡的過(guò)程中 外電場(chǎng)引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的定向移動(dòng)使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷 感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外電場(chǎng)方向相反 使合場(chǎng)強(qiáng)減小 隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加 合場(chǎng)強(qiáng)逐漸減小 直至合場(chǎng)強(qiáng)為零 自由電荷的定向移動(dòng)停止 2 靜電平衡的條件 導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)為零 即E合 0 特別提醒 1 一個(gè)孤立的帶電體 在自身所帶電荷的電場(chǎng)中 處于靜電平衡狀態(tài) 具有靜電平衡的所有特點(diǎn) 2 人與大地都是導(dǎo)體 在人摸 觸 導(dǎo)體的過(guò)程中 帶電體 人 大地組成一個(gè)新導(dǎo)體 達(dá)到靜電平衡狀態(tài) BCD A 由于靜電感應(yīng) 金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電 左側(cè)表面帶正電B 由于靜電感應(yīng) 金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電 左側(cè)表面不帶電C 整個(gè)導(dǎo)體 包括表面上的a b兩點(diǎn) 是一個(gè)等勢(shì)體 且電勢(shì)等于零 D a b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零 且a b兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向相同 解題指導(dǎo) 正確理解處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點(diǎn)是處理此類問(wèn)題的關(guān)鍵 解析 金屬板左側(cè)接地 金屬板與地球形成了一個(gè)導(dǎo)體 金屬板相當(dāng)于近端 而地球相當(dāng)于遠(yuǎn)端 根據(jù)感應(yīng)電荷 近異遠(yuǎn)同 的分布特點(diǎn) A錯(cuò) B對(duì) 由處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特點(diǎn)可知 a b兩點(diǎn)電勢(shì)相等 接地后電勢(shì)等于零 C對(duì) 金屬板是一個(gè)等勢(shì)體 電場(chǎng)線垂直于金屬板表面向左 所以a b兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相同 D對(duì) 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1 多選 2016 浙江寧波鎮(zhèn)海中學(xué)高二上學(xué)期期中 如圖所示 在水平放置的光滑接地金屬板中點(diǎn)的正上方 有帶正電的點(diǎn)電荷Q 一表面絕緣帶正電的金屬球 可視為質(zhì)點(diǎn) 且不影響原電場(chǎng) 自左以速度v0開(kāi)始在金屬板上向右運(yùn)動(dòng) 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 A 小球做先減速后加速運(yùn)動(dòng)B 小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)C 點(diǎn)電荷Q對(duì)小球的庫(kù)侖力不做功D 電場(chǎng)力對(duì)小球先做正功后做負(fù)功 BC 解析 金屬板在Q的電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡時(shí) 金屬板是一個(gè)等勢(shì)體 表面是一個(gè)等勢(shì)面 表面的電場(chǎng)線與表面垂直 小球所受電場(chǎng)力與金屬板表面垂直 在金屬板上向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 電場(chǎng)力方向與位移方向垂直 對(duì)小球不做功 根據(jù)動(dòng)能定理得知 小球的動(dòng)能不變 速度不變 所以小球做勻速直線運(yùn)動(dòng) 故選BC 飛機(jī)在云層與云層之間飛行或起飛 著陸時(shí)都有可能遭遇雷擊 但是當(dāng)飛機(jī)遭遇雷擊時(shí) 電流可以從雷電云達(dá)到飛機(jī)頭部 縱向流過(guò)機(jī)身外殼 最后從機(jī)尾凌空打到地上或從其中一機(jī)翼打過(guò)另一機(jī)翼 橫向流過(guò)機(jī)身 但不管怎樣 閃電都只會(huì)沿著飛機(jī)外殼流過(guò) 而不會(huì)進(jìn)入機(jī)內(nèi)對(duì)乘客造成傷害 你知道這是為什么嗎 提示 飛機(jī)外殼是金屬材料的 它會(huì)在雷擊時(shí)形成靜電屏蔽 保護(hù)飛機(jī)內(nèi)的乘客 探究二對(duì)靜電屏蔽的理解 2 1 靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)靜電屏蔽實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象 使金屬殼內(nèi)的感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外加電場(chǎng)矢量和為零 好像是金屬殼將外電場(chǎng) 擋 在外面 即所謂的屏蔽作用 其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場(chǎng)并存 矢量和為零而已 2 靜電屏蔽的兩種情況 1 金屬殼內(nèi)部不受外部影響如圖 把驗(yàn)電器靠近帶電體 箔片會(huì)張開(kāi) 但如果把驗(yàn)電器置于金屬網(wǎng)罩內(nèi) 再靠近帶電體 箔片不再?gòu)堥_(kāi) 說(shuō)明網(wǎng)罩內(nèi)不受外電場(chǎng)的影響 2 接地的封閉導(dǎo)體殼 內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)外部沒(méi)有影響如一封閉的導(dǎo)體殼內(nèi)部空間某點(diǎn)有一點(diǎn)電荷 q 由于靜電感應(yīng) 導(dǎo)體殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷 其電場(chǎng)線如圖 甲 所示 當(dāng)把導(dǎo)體殼接地后 q在殼內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)殼外空間就沒(méi)有影響了 如圖 乙 所示 特別提醒 1 接地的空腔導(dǎo)體 腔外電場(chǎng)對(duì)腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響 腔內(nèi)電場(chǎng)對(duì)腔外空間也不產(chǎn)生影響 即內(nèi)外互不影響 2 空腔導(dǎo)體不接地 腔外電場(chǎng)對(duì)腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響 腔內(nèi)電場(chǎng)對(duì)腔外空間產(chǎn)生影響 AD 解題指導(dǎo) 不接地的空腔物體可以屏蔽外界電場(chǎng) 接地的空腔物體可以屏蔽內(nèi)部的電場(chǎng) 其本質(zhì)都是由于外界電場(chǎng)與感應(yīng)電場(chǎng)疊加的結(jié)果 分析中應(yīng)特別注意分清原電荷產(chǎn)生的電場(chǎng) 感應(yīng)電場(chǎng)以及疊加后的合電場(chǎng) 解析 小紙屑是絕緣體 當(dāng)處于電場(chǎng)中時(shí) 雖不會(huì)像導(dǎo)體一樣出現(xiàn)電荷的定向移動(dòng) 但內(nèi)部的極性分子也會(huì)在電場(chǎng)力的作用下移動(dòng) 使異種電荷一端更靠近施感電荷 因而也會(huì)受到施感電荷的吸引力 A中由于靜電屏蔽 P的電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體N的內(nèi)部 即N內(nèi)部無(wú)電場(chǎng) 所以S不會(huì)被吸引 A正確 B中N沒(méi)有接地 P的電場(chǎng)會(huì)影響到N的外部 即S處有電場(chǎng) S會(huì)被吸引 C中P和S都處于導(dǎo)體N的外部 S處有電場(chǎng) 會(huì)被吸引 D中N被接地 內(nèi)部電場(chǎng)不影響導(dǎo)體外部 即S處無(wú)電場(chǎng) 不會(huì)被吸引 D正確 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2 多選 如圖所示 電力工作人員在幾百萬(wàn)伏的高壓線上進(jìn)行帶電作業(yè) 電工全身穿戴帶電作業(yè)用的屏蔽服 屏蔽服是用導(dǎo)電金屬材料與紡織纖維混紡交織成布后再做成的服裝 下列說(shuō)法正確的是 A 采用金屬材料編織的衣服目的是使衣服不易拉破B 采用金屬材料編織的衣服目的是利用靜電屏蔽C 電工穿上屏蔽服后 體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零D 電工穿上屏蔽服后 體內(nèi)電勢(shì)為零解析 屏蔽服的作用是在穿用后 使處于高壓電場(chǎng)中的人體外表面各部位形成一個(gè)等勢(shì)屏蔽面 從而防護(hù)人體免受高壓電場(chǎng)及電磁波的危害 等勢(shì)面說(shuō)明電勢(shì)相等而不是等于0 而電場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度為0 所以BC正確 AD錯(cuò)誤 BC 素養(yǎng)提升 1 應(yīng)用 靜電應(yīng)用依據(jù)的物理原理幾乎都是讓帶電的物質(zhì)粒子在電場(chǎng)力的作用下 奔向并吸附到電極上 2 危害 靜電由于吸附塵埃會(huì)給印刷 合成纖維等工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)危害 靜電對(duì)高精密儀器有干擾甚至毀壞作用 靜電的最大危害是有可能因靜電火花點(diǎn)燃某些易燃物質(zhì)而引起爆炸 3 防止 最簡(jiǎn)單而又最可靠的辦法是用導(dǎo)線把設(shè)備接地 這樣可以把電荷引入大地 避免靜電積累 油罐車尾部拖的鐵鏈就是一根接地線 調(diào)節(jié)空氣的濕度也是防止靜電危害的有效方法 靜電的應(yīng)用與防止 C 解析 這些圖標(biāo)是防止靜電的發(fā)生 A錯(cuò)誤 化纖手套 化纖衣服與接觸物容易摩擦起電存在安全隱患 B錯(cuò) C對(duì) 用絕緣的塑料梳子梳頭 摩擦起電 存在安全隱患 D錯(cuò)