(共42张PPT)
4.静电的防止与利用
01
02
03
高端教学引领
课前自主学习
课堂合作探究
04
课堂学业达标
课标准 素养目标
了解生产生活中关于静电的利用与防护。 1.静电平衡、静电屏蔽、尖端放电、静电吸附概念。 (物理观念)
2.分析金属导体放在电场中达到静电平衡状态的过。运用反证法理解“处在静电平衡的导体内部场强处处为零”。 (科学思维)
3.用静电平衡知识解释现象,静电屏蔽、尖端放电、静电吸附在实际生活中的应用。 (科学态度与责任)
01
高端教学引领
【教学建议】
1.静电平衡的特点和应用:
任务 建议
静电平衡下的导体 通过对具体实例的分析,总结出静电平衡下的导体的场强、电势特点
2.尖端放电和静电屏蔽的应用:
任务 建议
静电屏蔽 通过对具体实例的分析,总结出静电屏蔽的本质
尖端放电静电吸附 通过对尖端放电、静电吸附现象的理解,解释相关问题
【情境导引】
雷雨天气里,大树容易被雷击,为什么比大树还要高的高楼却没有受一点影响 在带电的鸟笼里,鸟儿为什么安然无恙 电工工作时为什么要穿金属丝编制的衣服 运输易燃易爆物品的车辆为什么总有一条铁链拖在地面上 学习了本节课后你就会明白其中的道理。
问题导引:
1.处于静电平衡的导体有何特点
2.静电有哪些危害 我们应该如何来预防
3.静电能否造福人类 我们应如何来利用
02
课前自主学习
一、静电平衡
1.定义:导体中(包括表面上)没有电荷_________的状态。
2.特点:导体内部场强处处为__。
二、尖端放电
1.静电平衡时,导体内部___________,电荷只分布在导体的_______。且在
导体外表面,越尖锐的位置,电荷的密度_____。
2.尖端放电:空气被电离后,那些所带电荷与导体尖端的电荷电性相反的粒
子,由于被吸引而奔向尖端,与尖端上的电荷_____,相当于导体从尖端_____
_____的现象。
定向移动
0
没有净电荷
外表面
越大
中和
失去
电荷
3.应用和防止:
(1)应用:避雷针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_________会减少电能的损失。
三、静电屏蔽
1.定义:当金属外壳达到静电平衡时,内部_____电场,因而金属的外壳会对其
_____起保护作用,使其_____不受外部电场影响的现象。
2.应用:电学仪器外面有_______,野外高压线上还有_________与大地相连,
都是利用静电屏蔽消除外电场的影响。
尽量光滑
没有
内部
内部
金属壳
两条导线
四、静电吸附
在电场中,带电粒子受到_______的作用,向着电极运动,最后会被吸附在电
极上。
静电力
【易错辨析】
(1)导体处于静电平衡时,外电场和所有感应电荷的电场在导体内部合场强为零。
( )
(2)避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和。( )
(3)为了美观,通常把避雷针顶端设计成球形。( )
(4)为了避免因尖端放电而损失电能,高压输电导线表面要尽量光滑。( )
(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。
( )
提示:(1)√ (2)√ (3)×。为了达到好的放电效果,避雷针顶端设计成尖形。
(4)√ (5)×。用金属网把验电器罩起来,验电器就被金属网屏蔽起来了,带电金属球
靠近验电器,验电器箔片就不能张开了。
03
课堂合作探究
主题一 静电平衡的特点和应用
任务 静电平衡下的导体
【实验情境】
如图所示,将一不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的
匀强电场中。
【问题探究】
(1)导体ABCD内部自由电子怎样移动 电子的移动最终会出现怎样的结果
提示:①将呈电中性状态的金属导体放入场强为E0的匀强电场中,导体内自由电子便受到与场强E0向相反的电场力作用,如图甲所示。②自由电子要向电场E0的反向做定向移动,并在导体的一个侧面聚集,使该侧面出现负电荷,而相对的另一侧出现“过剩”的等量的正电荷,导体沿着电场强度向两端出现等量异种电荷,如图乙所示。③等量异种电荷在导体内部形成与场强E0反向的场强E',在导体内任一点的场强可表示为E内=E0+E',因附加电场E'总与外电场E0向相反,叠加的结果削弱了导体内部的电场,随着导体两侧感应电荷的继续增加,附加电场E'增强,合场强E内将逐渐减小,当E内=0时,自由电子的定向移动也就停止了,这时就达到了静电平衡状态,如图丙所示。
(2)在问题(1)中导体上感应电荷在导体内某点产生的场强多大
提示:由于导体内场强为零,即感应电荷产生的电场与原电场的合场强为零,E'=E0。
(3)处于静电平衡状态的导体,其外部表面附近任何一点的场强向与这点的表面有什么关系
提示:垂直。假如导体表面的电场强度向与该点的表面不垂直,则沿表面有电场强度的切向分量,在导体表面的自由电荷将受到库仑力的作用而发生定向移动,这与静电平衡相矛盾,故外部表面附近任何一点的场强向与这点的表面相垂直。
【结论生成】
1.静电平衡的实质:
(1)在达到静电平衡的过中,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)静电平衡的状态: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,向相反,两者相互抵消,导体内部合场强E合处处为零,但导体表面的电场强度不为零。
②电场线与导体表面垂直,如果不垂直,该点场强应有沿表面的切向分量,会使导体表面电荷发生移动,与静电平衡状态矛盾。
(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外表面,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,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。
【典例示范】
长为l的导体棒原来不带电,现将一带电荷量为+q的点电荷放在距棒左端R处,如图所示。当棒达到静电平衡后,下列关于棒上的感应电荷在棒内中点处产生的场强大小和向判断正确的是( )
A. 向左 B. 向右
C. 向左 D. 向右
√
【解题指南】解答本题应把握以下两点:
(1)本题中感应电荷是面分布,不是点电荷,且电荷量未知,不能直接用E=k求解。
(2)静电平衡状态下导体内部场强处处为零,即感应电荷产生的场强与外电场的场强等大反向。
【解析】选C。导体棒在点电荷+q的电场中发生静电感应,左端表面出现负电荷,右端表面出现正电荷。棒内任何一点都有两个电场,即外电场:+q在该点形成的电场E0;附加电场:棒上感应电荷在该点形成的电场E'。达到静电平衡时棒内场强为零,即E'=E0。题中所求的即为E',于是我们通过上述等式转为求E0。棒中点距离+q为r=R+ ,于是E'=E0= ,E'和E0向相反,故E'向向左,故C正确。
[规律法]静电平衡导体电荷分布的分析法
(1)“远近观”法:处于静电平衡状态的导体,离场源电荷较近和较远的两端感应出等量的异种电荷,而导体的中间部分因感应电荷较少,可认为无感应电荷产生,如图甲所示。
(2)“整体观”法:
①当两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时,就可把它们看作是一个大导体,再用“远近观”法判断它们的带电情况,如有些问题所提到的“用手触摸某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体。
②不要认为导体内部没有电荷,用导线连接带电体内部时,小球Q就不带电。其实连接后就已成为一个整体,故小球通过导线得到了电荷,如图乙所示。
【探究训练】
1.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( )
【解析】选A。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,向相反,故A正确,B、C、D错误。
√
2.(2025·威海高二检测)如图所示,把原来不带电的金属壳B的外表面接地,将一带正电的小球A从小孔放入球壳内,但不与B发生接触,达到静电平衡后,则 ( )
A.球壳内电场强度为零
B.B不带电
C.B的内表面带负电
D.金属壳B外的C点电场强度不为零
√
【解析】选C。由于静电感应,金属球壳B内表面感应出负电荷,A带正电,则球壳内电场强度不为零;金属球壳B外表面接地,大地中电子跑到球壳B外表面上将正电荷中和,所以B外表面不带电,内表面带负电,A、B错误,C正确;达到静电平衡后,由于金属球壳B起到静电屏蔽作用,使得金属壳B外的场强为零,即金属壳B外C点电场强度为零,D错误。
主题二 静电的应用与静电危害的防止
任务1 静电的利用与防护
【生活情境】
如图所示,在工厂里,靠近传送带的工人经常受到电击。经研究发现,这是由于传送带在传送过中带上了电。
【问题探究】
(1)为什么靠近传送带的物体会带电
提示:传送带因为与被传送的物体间发生摩擦而带电,靠近传送带的物体因为感应也带上电。
(2)你可以用什么法来解决这个问题
提示:要避免这种电击,可以把导体材料如金属丝等掺到传送带材料中,让传送带变成导体,或者用导体制造传送带,再用适当的法把传送带接地,静电便不会积累,工人也不会再遭电击。
任务2 静电屏蔽
【实验情境】
如图甲,金属网罩不带电,罩内小球带正电,将验电器靠近金属网罩,如图乙,把金属网罩接地。
【问题探究】
(1)情境中,图甲验电器的箔片是否张开
提示:金属网罩不带电,罩内小球带正电,将验电器靠近金属网罩,验电器箔片张开。
(2)图乙验电器的箔片是否张开
提示:把金属网罩接地,则验电器箔片不张开。
(3)这些现象说明了什么
提示:这些现象说明金属网罩不接地时内部带电体产生的电场能影响外界;金属网罩接地时,内部电场不影响外界。
【结论生成】
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,矢量和为零而已。
2.静电屏蔽的两种情况:
(1)导体内空腔不受外界影响,如图甲所示。
(2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响,如图乙所示。
【典例示范】
如图所示为静电除尘机的原理图,废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区,放电极(位于中央)和集尘极分别接到高压直流电源的两极上,其间电场线如图。带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极运动并沉积,达到除尘的目的。不考虑尘埃间的相互作用及其他作用,下列说法正确的是( )
A.电场线向由放电极指向集尘极
B.图中a点电场强度小于b点电场强度
C.尘埃会沿图中虚线从c到d运动
D.尘埃在运动过中动能增大
√
【解析】选D。由题知带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极运动,则知集尘极带正电荷,是正极,所以电场线向由集尘极指向放电极,A项错误;a点处电场线更密集,所以图中a点电场强度大于b点电场强度,B项错误;放电极与集尘极间是非匀强电场,尘埃所受的电场力是变的,不会沿图中虚线从c到d运动,C项错误;带电尘埃所受的电场力做正功,所以运动过中动能增大,D项正确。
【探究训练】
1.(多选)家用电器所产生的静电荷会被人体吸收并积存起来,加之居室内墙壁和地板多属于绝缘体,空气干燥,因此更容易受到静电干扰。由于老年人的皮肤相对年轻人更加干燥以及老年人心血管系统的老、抗干扰能力减弱等因素,老年人更容易受静电的影响。我们平时生活中应当采取措施,有效防止静电,下列可行的是( )
A.室内要勤拖地、勤洒些水
B.要勤洗澡、勤换衣服
C.选择柔软、光滑的纤类衣物
D.尽量使用纤地毯和塑料为表面材料的家具
√
√
【解析】选A、B。室内要保持一定的湿度,室内要勤拖地、勤洒些水;要勤洗澡、勤换衣服,以消除人体表面积聚的静电荷;对于老年人,应选择柔软、光滑的棉纺织衣物,尽量不穿纤类衣物,以使静电的危害减少到最低限度;尽量避免使用纤地毯和以塑料为表面材料的家具,以防止摩擦起电。故A、B正确,C、D错误。
2.(2025·烟台高二检测)空气净器及其原理示意图如图所示。污浊空气通过过滤网后,尘埃带电,图中充电极b、d接电源负极,集尘极a、c、e接电源正极。下列表述正确的是 ( )
A.带电尘埃所受电场力的向与电场向
相同
B.尘埃被吸附到集尘极a的过中所受电场
力做负功
C.c、d两个电极之间的电场向竖直向上
D.尘埃在被吸附到集尘极e的过中动能增大
√
【解析】选D。由题图可知尘埃经过过滤网后被正极吸引,所以尘埃带负电,带电尘埃所受电场力的向与电场向相反,A错误;尘埃被吸附到集尘极a的过中所受电场力做正功,B错误;因为充电极b、d接电源负极,集尘极a、c、e接电源正极,所以c、d两个电极之间的电场向竖直向下,C错误;尘埃在被吸附到集尘极e的过中电场力做正功,动能增大,D正确。
【课堂回眸】
04
课堂学业达标
1.(多选)下列关于静电感应和静电平衡的说法中,正确的是 ( )
A.静电感应是由于导体内的自由电子受电场力作用的结果
B.导体内的自由电荷都不运动称为静电平衡
C.导体静电平衡时,导体所占空间各处场强均为零
D.导体静电平衡时,导体内部将没有“净”电荷
【解析】选A、D。静电感应是由于导体内的自由电子受电场力的作用而发生定向移动,最后达到稳定状态,故选项A正确;达到静电平衡后,自由电子不再定向移动,但是仍然做无规则的热运动,故选项B错误;处于静电平衡的导体,电荷只分布在外表面上,内部没有“净”电荷,故选项D正确;导体静电平衡时,内部场强为零,但表面场强不为零,故选项C错误。
√
√
2.复印机的核心部件是有机光导体鼓,它是在一个金属圆柱表面涂盖一层有机光导体OPC(没有光照时OPC是绝缘体,受到光照时变成导体)而制成的。复印机的基本工作过是:(1)在暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压,金属丝附近空气发生电离,使转动鼓体均匀带上正电荷;(2)件反射的强光通过光学系统在鼓上成像,鼓上形成“静电潜像”;(3)鼓体转动经过墨粉盒,潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位;(4)鼓体继续转动经过复印纸,带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上。以下说法正确的是 ( )
A.步骤(1)中发生了静电感应现象
B.步骤(2)中发生了局部导电现象
C.步骤(3)中发生了静电平衡现象
D.步骤(4)中发生了静电屏蔽现象
√
【解析】选B。在暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压,金属丝附近空气发生电离,这是将空气电离的现象,A错误;件反射的强光使鼓体上部分OPC变成导体,将电荷导走,有字的部分则仍是绝缘体,保留电荷,这是局部导电现象,B正确;鼓体转动经过墨粉盒,潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位,这是异种电荷相互吸引现象,C错误;鼓体继续转动经过复印纸,带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上,这是异种电荷相互吸引现象,D错误。
3.如图所示,在两个固定电荷+q和-q之间放入两个原来不带电的导体,1、2、3、4为导体上的四个点,在达到静电平衡后,各点的电势分别是φ1、φ2、φ3、φ4,则 ( )
A.φ4>φ3>φ2>φ1 B.φ4=φ3>φ2=φ1
C.φ4<φ3<φ2<φ1 D.φ4=φ3<φ2=φ1
【解析】选B。电场中的导体整体是一个等势体,1、2是一个等势体,3、4是一个等势体,由空间电场的分布可知,靠近正电荷的导体的电势高,所以选项B正确。
√4.静电的防止与利用
课标准 素养目标
了解生产生活中关于静电的利用与防护。 1.静电平衡、静电屏蔽、尖端放电、静电吸附概念。 (物理观念) 2.分析金属导体放在电场中达到静电平衡状态的过。运用反证法理解“处在静电平衡的导体内部场强处处为零”。 (科学思维) 3.用静电平衡知识解释现象,静电屏蔽、尖端放电、静电吸附在实际生活中的应用。 (科学态度与责任)
高端教学引领
【教学建议】
1.静电平衡的特点和应用:
任务 建议
静电平衡下的导体 通过对具体实例的分析,总结出静电平衡下的导体的场强、电势特点
2.尖端放电和静电屏蔽的应用:
任务 建议
静电屏蔽 通过对具体实例的分析,总结出静电屏蔽的本质
尖端放电静电吸附 通过对尖端放电、静电吸附现象的理解,解释相关问题
【情境导引】
雷雨天气里,大树容易被雷击,为什么比大树还要高的高楼却没有受一点影响 在带电的鸟笼里,鸟儿为什么安然无恙 电工工作时为什么要穿金属丝编制的衣服 运输易燃易爆物品的车辆为什么总有一条铁链拖在地面上 学习了本节课后你就会明白其中的道理。
问题导引:
1.处于静电平衡的导体有何特点
2.静电有哪些危害 我们应该如何来预防
3.静电能否造福人类 我们应如何来利用
课前自主学习
一、静电平衡
1.定义:导体中(包括表面上)没有电荷定向移动的状态。
2.特点:导体内部场强处处为0。
二、尖端放电
1.静电平衡时,导体内部没有净电荷,电荷只分布在导体的外表面。且在导体外表面,越尖锐的位置,电荷的密度越大。
2.尖端放电:空气被电离后,那些所带电荷与导体尖端的电荷电性相反的粒子,由于被吸引而奔向尖端,与尖端上的电荷中和,相当于导体从尖端失去电荷的现象。
3.应用和防止:
(1)应用:避雷针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光滑会减少电能的损失。
三、静电屏蔽
1.定义:当金属外壳达到静电平衡时,内部没有电场,因而金属的外壳会对其内部起保护作用,使其内部不受外部电场影响的现象。
2.应用:电学仪器外面有金属壳,野外高压线上还有两条导线与大地相连,都是利用静电屏蔽消除外电场的影响。
四、静电吸附
在电场中,带电粒子受到静电力的作用,向着电极运动,最后会被吸附在电极上。
【易错辨析】
(1)导体处于静电平衡时,外电场和所有感应电荷的电场在导体内部合场强为零。 ( )
(2)避雷针避雷的原理是尖端放电能将云层中的电荷中和。 ( )
(3)为了美观,通常把避雷针顶端设计成球形。 ( )
(4)为了避免因尖端放电而损失电能,高压输电导线表面要尽量光滑。 ( )
(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。 ( )
提示:(1)√ (2)√ (3)×。为了达到好的放电效果,避雷针顶端设计成尖形。
(4)√ (5)×。用金属网把验电器罩起来,验电器就被金属网屏蔽起来了,带电金属球靠近验电器,验电器箔片就不能张开了。
课堂合作探究
主题一 静电平衡的特点和应用
任务 静电平衡下的导体
【实验情境】
如图所示,将一不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的匀强电场中。
【问题探究】
(1)导体ABCD内部自由电子怎样移动 电子的移动最终会出现怎样的结果
提示:①将呈电中性状态的金属导体放入场强为E0的匀强电场中,导体内自由电子便受到与场强E0向相反的电场力作用,如图甲所示。②自由电子要向电场E0的反向做定向移动,并在导体的一个侧面聚集,使该侧面出现负电荷,而相对的另一侧出现“过剩”的等量的正电荷,导体沿着电场强度向两端出现等量异种电荷,如图乙所示。③等量异种电荷在导体内部形成与场强E0反向的场强E',在导体内任一点的场强可表示为E内=E0+E',因附加电场E'总与外电场E0向相反,叠加的结果削弱了导体内部的电场,随着导体两侧感应电荷的继续增加,附加电场E'增强,合场强E内将逐渐减小,当E内=0时,自由电子的定向移动也就停止了,这时就达到了静电平衡状态,如图丙所示。
(2)在问题(1)中导体上感应电荷在导体内某点产生的场强多大
提示:由于导体内场强为零,即感应电荷产生的电场与原电场的合场强为零,E'=E0。
(3)处于静电平衡状态的导体,其外部表面附近任何一点的场强向与这点的表面有什么关系
提示:垂直。假如导体表面的电场强度向与该点的表面不垂直,则沿表面有电场强度的切向分量,在导体表面的自由电荷将受到库仑力的作用而发生定向移动,这与静电平衡相矛盾,故外部表面附近任何一点的场强向与这点的表面相垂直。
【结论生成】
1.静电平衡的实质:
(1)在达到静电平衡的过中,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)静电平衡的状态: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,向相反,两者相互抵消,导体内部合场强E合处处为零,但导体表面的电场强度不为零。
②电场线与导体表面垂直,如果不垂直,该点场强应有沿表面的切向分量,会使导体表面电荷发生移动,与静电平衡状态矛盾。
(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外表面,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,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。
【典例示范】
长为l的导体棒原来不带电,现将一带电荷量为+q的点电荷放在距棒左端R处,如图所示。当棒达到静电平衡后,下列关于棒上的感应电荷在棒内中点处产生的场强大小和向判断正确的是 ( )
A. 向左 B. 向右
C. 向左 D. 向右
【解题指南】解答本题应把握以下两点:
(1)本题中感应电荷是面分布,不是点电荷,且电荷量未知,不能直接用E=k求解。
(2)静电平衡状态下导体内部场强处处为零,即感应电荷产生的场强与外电场的场强等大反向。
【解析】选C。导体棒在点电荷+q的电场中发生静电感应,左端表面出现负电荷,右端表面出现正电荷。棒内任何一点都有两个电场,即外电场:+q在该点形成的电场E0;附加电场:棒上感应电荷在该点形成的电场E'。达到静电平衡时棒内场强为零,即E'=E0。题中所求的即为E',于是我们通过上述等式转为求E0。棒中点距离+q为r=R+ ,于是E'=E0= ,E'和E0向相反,故E'向向左,故C正确。
[规律法]静电平衡导体电荷分布的分析法
(1)“远近观”法:处于静电平衡状态的导体,离场源电荷较近和较远的两端感应出等量的异种电荷,而导体的中间部分因感应电荷较少,可认为无感应电荷产生,如图甲所示。
(2)“整体观”法:
①当两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时,就可把它们看作是一个大导体,再用“远近观”法判断它们的带电情况,如有些问题所提到的“用手触摸某导体”其实就是导体通过人体与大地构成一个大导体。
②不要认为导体内部没有电荷,用导线连接带电体内部时,小球Q就不带电。其实连接后就已成为一个整体,故小球通过导线得到了电荷,如图乙所示。
【探究训练】
1.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 ( )
【解析】选A。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,向相反,故A正确,B、C、D错误。
2.(2025·威海高二检测)如图所示,把原来不带电的金属壳B的外表面接地,将一带正电的小球A从小孔放入球壳内,但不与B发生接触,达到静电平衡后,则 ( )
A.球壳内电场强度为零
B.B不带电
C.B的内表面带负电
D.金属壳B外的C点电场强度不为零
【解析】选C。由于静电感应,金属球壳B内表面感应出负电荷,A带正电,则球壳内电场强度不为零;金属球壳B外表面接地,大地中电子跑到球壳B外表面上将正电荷中和,所以B外表面不带电,内表面带负电,A、B错误,C正确;达到静电平衡后,由于金属球壳B起到静电屏蔽作用,使得金属壳B外的场强为零,即金属壳B外C点电场强度为零,D错误。
主题二 静电的应用与静电危害的防止
任务1 静电的利用与防护
【生活情境】
如图所示,在工厂里,靠近传送带的工人经常受到电击。经研究发现,这是由于传送带在传送过中带上了电。
【问题探究】
(1)为什么靠近传送带的物体会带电
提示:传送带因为与被传送的物体间发生摩擦而带电,靠近传送带的物体因为感应也带上电。
(2)你可以用什么法来解决这个问题
提示:要避免这种电击,可以把导体材料如金属丝等掺到传送带材料中,让传送带变成导体,或者用导体制造传送带,再用适当的法把传送带接地,静电便不会积累,工人也不会再遭电击。
任务2 静电屏蔽
【实验情境】
如图甲,金属网罩不带电,罩内小球带正电,将验电器靠近金属网罩,如图乙,把金属网罩接地。
【问题探究】
(1)情境中,图甲验电器的箔片是否张开
提示:金属网罩不带电,罩内小球带正电,将验电器靠近金属网罩,验电器箔片张开。
(2)图乙验电器的箔片是否张开
提示:把金属网罩接地,则验电器箔片不张开。
(3)这些现象说明了什么
提示:这些现象说明金属网罩不接地时内部带电体产生的电场能影响外界;金属网罩接地时,内部电场不影响外界。
【结论生成】
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,矢量和为零而已。
2.静电屏蔽的两种情况:
(1)导体内空腔不受外界影响,如图甲所示。
(2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响,如图乙所示。
【典例示范】
如图所示为静电除尘机的原理图,废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区,放电极(位于中央)和集尘极分别接到高压直流电源的两极上,其间电场线如图。带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极运动并沉积,达到除尘的目的。不考虑尘埃间的相互作用及其他作用,下列说法正确的是 ( )
A.电场线向由放电极指向集尘极
B.图中a点电场强度小于b点电场强度
C.尘埃会沿图中虚线从c到d运动
D.尘埃在运动过中动能增大
【解析】选D。由题知带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极运动,则知集尘极带正电荷,是正极,所以电场线向由集尘极指向放电极,A项错误;a点处电场线更密集,所以图中a点电场强度大于b点电场强度,B项错误;放电极与集尘极间是非匀强电场,尘埃所受的电场力是变的,不会沿图中虚线从c到d运动,C项错误;带电尘埃所受的电场力做正功,所以运动过中动能增大,D项正确。
【探究训练】
1.(多选)家用电器所产生的静电荷会被人体吸收并积存起来,加之居室内墙壁和地板多属于绝缘体,空气干燥,因此更容易受到静电干扰。由于老年人的皮肤相对年轻人更加干燥以及老年人心血管系统的老、抗干扰能力减弱等因素,老年人更容易受静电的影响。我们平时生活中应当采取措施,有效防止静电,下列可行的是 ( )
A.室内要勤拖地、勤洒些水
B.要勤洗澡、勤换衣服
C.选择柔软、光滑的纤类衣物
D.尽量使用纤地毯和塑料为表面材料的家具
【解析】选A、B。室内要保持一定的湿度,室内要勤拖地、勤洒些水;要勤洗澡、勤换衣服,以消除人体表面积聚的静电荷;对于老年人,应选择柔软、光滑的棉纺织衣物,尽量不穿纤类衣物,以使静电的危害减少到最低限度;尽量避免使用纤地毯和以塑料为表面材料的家具,以防止摩擦起电。故A、B正确,C、D错误。
2.(2025·烟台高二检测)空气净器及其原理示意图如图所示。污浊空气通过过滤网后,尘埃带电,图中充电极b、d接电源负极,集尘极a、c、e接电源正极。下列表述正确的是 ( )
A.带电尘埃所受电场力的向与电场向相同
B.尘埃被吸附到集尘极a的过中所受电场力做负功
C.c、d两个电极之间的电场向竖直向上
D.尘埃在被吸附到集尘极e的过中动能增大
【解析】选D。由题图可知尘埃经过过滤网后被正极吸引,所以尘埃带负电,带电尘埃所受电场力的向与电场向相反,A错误;尘埃被吸附到集尘极a的过中所受电场力做正功,B错误;因为充电极b、d接电源负极,集尘极a、c、e接电源正极,所以c、d两个电极之间的电场向竖直向下,C错误;尘埃在被吸附到集尘极e的过中电场力做正功,动能增大,D正确。
【课堂回眸】
课堂学业达标
1.(多选)下列关于静电感应和静电平衡的说法中,正确的是 ( )
A.静电感应是由于导体内的自由电子受电场力作用的结果
B.导体内的自由电荷都不运动称为静电平衡
C.导体静电平衡时,导体所占空间各处场强均为零
D.导体静电平衡时,导体内部将没有“净”电荷
【解析】选A、D。静电感应是由于导体内的自由电子受电场力的作用而发生定向移动,最后达到稳定状态,故选项A正确;达到静电平衡后,自由电子不再定向移动,但是仍然做无规则的热运动,故选项B错误;处于静电平衡的导体,电荷只分布在外表面上,内部没有“净”电荷,故选项D正确;导体静电平衡时,内部场强为零,但表面场强不为零,故选项C错误。
2.复印机的核心部件是有机光导体鼓,它是在一个金属圆柱表面涂盖一层有机光导体OPC(没有光照时OPC是绝缘体,受到光照时变成导体)而制成的。复印机的基本工作过是:(1)在暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压,金属丝附近空气发生电离,使转动鼓体均匀带上正电荷;(2)件反射的强光通过光学系统在鼓上成像,鼓上形成“静电潜像”;(3)鼓体转动经过墨粉盒,潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位;(4)鼓体继续转动经过复印纸,带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上。以下说法正确的是 ( )
A.步骤(1)中发生了静电感应现象
B.步骤(2)中发生了局部导电现象
C.步骤(3)中发生了静电平衡现象
D.步骤(4)中发生了静电屏蔽现象
【解析】选B。在暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压,金属丝附近空气发生电离,这是将空气电离的现象,A错误;件反射的强光使鼓体上部分OPC变成导体,将电荷导走,有字的部分则仍是绝缘体,保留电荷,这是局部导电现象,B正确;鼓体转动经过墨粉盒,潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位,这是异种电荷相互吸引现象,C错误;鼓体继续转动经过复印纸,带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上,这是异种电荷相互吸引现象,D错误。
3.如图所示,在两个固定电荷+q和-q之间放入两个原来不带电的导体,1、2、3、4为导体上的四个点,在达到静电平衡后,各点的电势分别是φ1、φ2、φ3、φ4,则 ( )
A.φ4>φ3>φ2>φ1 B.φ4=φ3>φ2=φ1
C.φ4<φ3<φ2<φ1 D.φ4=φ3<φ2=φ1
【解析】选B。电场中的导体整体是一个等势体,1、2是一个等势体,3、4是一个等势体,由空间电场的分布可知,靠近正电荷的导体的电势高,所以选项B正确。
