第九章 第四节
1．(2019·山东省潍坊市五县(市)区高二上学期联考)每到夏季，我国各地纷纷进入雨季，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。下列说法错误的是( C )
A．不宜使用无防雷措施的电器或防雷措施不足的电器及水龙头
B．不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙，远离带电设备
C．固定电话和手提电话均可正常使用
D．在旷野，应远离树木和电线杆
解析：表面具有突出尖端的导体，在尖端处的电荷分布密度很大，使得其周围电场很强，就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电。固定电话和手提电话的天线处有尖端，易引发尖端放电造成人体伤害，故不能使用。
2．(2020·浙江省名校协作体高二上学期月考)以下各种现象中不属于静电屏蔽的是( A )
A．避雷针
B．超高压带电作业的工人要穿戴金属织物的工作服
C．电子设备外套金属网罩
D．野外高压输电线上方有两条与大地相连的导线
解析：当带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，逐渐中和云中的电荷，使建筑物免遭雷击。其原理为尖端放电，故A错误；超高压带电作业的工人要穿戴金属织物的工作服可以起到屏蔽作用，故B正确；电子设备外套金属网罩可以起到静电屏蔽的作用，故C正确；
高压输电线的上方还有两条导线，这两条导线的作用是它们与大地相连，形成稀疏的金属“网”把高压线屏蔽起来，免遭雷击，故D正确；本题选择不属于静电屏蔽的，故选A。
3.
(多选)(2019·浙江鲁迅中学期中考试)如图所示，放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C，若把一带有正电荷的绝缘体A移近金属罩B，则( AD )
A．在B的外表面出现感应电荷
B．在B的内表面出现正电荷
C．验电器的金属箔片将张开
D．验电器的金属箔片不会张开
解析：静电平衡时，B的左端出现负电荷，右端出现正电荷，选项A正确；处于静电平衡状态的导体净电荷只能分布在外表面上，选项B错误；由于静电屏蔽，金属网罩内电场强度为零，故C上无感应电荷，验电器的金属箔片不会张开，选项C错误，D正确。(共46张PPT)
第九章
静电场及其应用
4.静电的防止与利用
目标体系构建
课前预习反馈
课内互动探究
核心素养提升
课堂达标检测
夯基提能作业
目标体系构建
【学习目标】
1．知道静电平衡的概念，知道静电平衡是静电感应的结果。
2．了解尖端放电及其应用。
3．知道静电屏蔽及其应用。
4．了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的原理。
【思维脉络】
课前预习反馈
静电平衡
1．静电平衡
放入电场中的导体，由于静电感应，导体两侧出现异种电荷，而感应电荷在导体内部产生的电场与原电场________，使导体内部的电场________，当导体内部电场为0时，导体内的自由电荷不再发生________移动，这时导体就达到静电平衡。
2．导体处于静电平衡状态时，其内部的电场强度处处为______。
知识点
1
反向
减弱
定向
0
尖端放电
1．在导体的外表面，越尖锐的位置，电荷的________越大，周围的电场强度越大。
2．电离：导体尖端周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子________从而使空气分子中的正负电荷________的现象。
3．尖端放电：导体尖端周围被强电场电离的粒子中，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，与尖端上的电荷________，相当于导体从尖端________电荷的现象。
4．应用：建筑物的顶端安装上__________以达到避免雷击的目的；高压设备中导体的表面尽量________，以减少电能损失。
知识点
2
密度
碰撞
分离
中和
失去
避雷针
光滑
静电屏蔽
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．静电屏蔽：放入电场中的导体壳，由于静电感应，壳内电场强度为0，外电场对壳内的仪器________产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。
3．应用：把电学仪器放在封闭的金属壳或__________里；野外三条高压输电线上方架设两条导线，与________相连，把高压输电线屏蔽起来。
知识点
3
外表面
不会
金属网
大地
静电吸附
1．静电除尘：设法使空气中的尘埃________，在__________作用下，尘埃到达电极而被收集起来。
2．静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带________，在静电力作用下，这些微粒向着作为________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：复印机的核心部件是有机光导体鼓，在没有光照时是__________，有光照时是________，复印机复印的工作流程：充电、曝光、显影、转印、放电。
知识点
4
带电
静电力
负电
正极
绝缘体
导体
『判一判』
(1)静电平衡时，导体内的自由电子不再运动。(
)
(2)静电平衡时，导体内部场强为零。(
)
(3)带电导体尖端电荷密度大，周围电场强度也大。(
)
(4)静电平衡时，导体内部表现为电中性。电荷都分布在外表面，导体内部没有净电荷。(
)
(5)一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，不具有静电平衡的特点。(
)
预习自测
×
√
√
√
×
(6)把仪器放在金属网内和放在封闭的金属壳内能起到同样的静电屏蔽作用。(
)
(7)飞机轮上装上拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。(
)
√
√
『选一选』
(多选)如图所示，电力工作人员在几百万伏的高压线上进行带电作业，电工全身穿戴带电作业用的屏蔽服，屏蔽服是用导电金属材料与纺织纤维混纺交织成布后再做成的服装，下列说法正确的是(
)
A．采用金属材料编织的衣服目的是使衣服不易拉破
B．采用金属材料编织的衣服目的是利用静电屏蔽
C．电工穿上屏蔽服后，体内场强为零
D．电工穿上屏蔽服后，体内没有自由电荷
BC
解析：屏蔽服的作用是在穿用后，使处于高压电场中的人体外表面各部位形成静电屏蔽，从而防护人体免受高压电场及电磁波的危害；正是由于体内自由电荷的重新分布形成的电场把外电场抵消而使电场中的导体内的电场强度为0，所以BC正确，AD错误。
『想一想』
你知道家用电视机、收音机外壳的制作材料为何一般是塑料，而不用金属的主要原因吗？
解析：若用金属制作家用电视机、收音机外壳，用电器的金属外壳就形成静电屏蔽，电磁信号就难以被电视机、收音机这类电磁波接收器接收，电视机、收音机就不能正常工作。
课内互动探究
对静电平衡及其特点的理解
探究
一
情境导入
如图所示，当一个带电体靠近不带电导体时，由于导体内的自由电子受到静电力的作用，将向着与电场相反的方向定向移动，从而使导体两端出现等量异种电荷，这就是前面学习的静电感应现象。
(1)这种定向移动是无休止的吗？
(2)电荷的移动对导体内部的电场有影响吗？
提示：(1)不是 (2)有
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。
要点提炼
2．静电平衡导体的电荷分布特点
①内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，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：
(1)一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，具有静电平衡的所有特点。
(2)人与大地都是导体，在人摸(触)导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，达到静电平衡状态。
特别提醒
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，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于________，方向为________。
典例剖析
典例
1
向左
思路引导：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：
(1)先求出外电场场强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。
对点训练
1．一个带有绝缘底座的空心金属球壳A上均匀带有4×10－8C的正电荷，有绝缘柄的金属小球B上带有2×10－8C的负电荷，使B球与球壳A内壁接触。如图所示，则A、B带电荷量分别为(
)
A．QA＝1×10－8
C，QB＝1×10－8
C
B．QA＝2×10－8
C，QB＝0
C．QA＝0，QB＝2×10－8
C
D．QA＝4×10－8
C，QB＝－2×10－8
C
B
解析：由于A、B带异种电荷，接触以后，要先中和掉一部分电荷，中和以后可以把A、B看作一个整体，对于这个整体来说，由于静电平衡其净电荷只分布在外表面上，它的内壁和B球将无净电荷的分布。所以QA＝2×10－8
C，QB＝0。
对静电屏蔽的理解
探究
二
情境导入
提示：飞机外壳是金属材料的，它会在雷击时形成静电屏蔽，保护飞机内的乘客。
1．静电屏蔽的实质
静电屏蔽实质是利用了静电感应现象，使金属壳内的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。
要点提炼
2．静电屏蔽的两种情况
(1)金属壳内部不受外部影响
如图：把验电器靠近带电体，箔片会张开，但如果把验电器置于金属网罩内，再靠近带电体，箔片不再张开，说明网罩内不受外电场的影响。
(2)接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响
如一封闭的导体壳内部空间某点有一点电荷＋q。由于静电感应，导体壳内外表面感应出等量的异种电荷。其电场线如图甲所示，当把导体壳接地后，＋q在壳内的电场对壳外空间就没有影响了，如图乙所示。
(1)接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响。
(2)空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间产生影响。
特别提醒
AD
典例2
(多选)下图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在哪些情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引(
)
思路引导：不接地的空腔物体可以屏蔽外界电场，接地的空腔物体可以屏蔽内部的电场，其本质都是由于外界电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清原电荷产生的电场、感应电场以及叠加后的合电场。
典例剖析
典例
2
解析：小纸屑是绝缘体，当处于电场中时，虽不会像导体一样出现电荷的定向移动，但内部的极性分子也会在电场力的作用下移动，使异种电荷一端更靠近施感电荷，因而也会受到施感电荷的吸引力。A中由于静电屏蔽，P的电场影响不到导体N的内部，即N内部无电场，所以S不会被吸引，A正确；B中N没有接地，P的电场会影响到N的外部，即S处有电场，S会被吸引；C中P和S都处于导体N的外部，S处有电场，会被吸引；D中N被接地，内部电场不影响导体外部，即S处无电场，不会被吸引，D正确。
2．如图所示，用起电机使金属鸟笼带电，站在金属架上的鸟安然无恙，且不带电，其原因是(
)
A．鸟的脚爪与金属架绝缘
B．金属鸟笼起静电屏蔽的作用
C．鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面
D．起电机使笼带电，笼的电场强度不会很高
解析：由于金属鸟笼的静电屏蔽作用，使得鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面，C正确、B正确；鸟的脚爪与金属架不是绝缘的，A错误；起电机使鸟笼带电，笼的外部电场强度可以达到很高，D错误。
对点训练
BC
静电的应用与防止
探究
三
情境导入
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程中带上了电。
(1)解释为什么靠近传送带的物体会带电？
(2)你可以用什么方法来解决这个问题？
提示：(1)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静电感应也带上电。
(2)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，再用适当的方法把传送带接地，静电便不会积累，工人也不会再遭电击。
1．应用：静电应用依据的物理原理几乎都是让带电的物质粒子在电场力的作用下，奔向并吸附到电极上。
2．危害：静电由于吸附尘埃会给印刷、合成纤维等工业生产带来危害。静电对高精密仪器有干扰甚至毁坏作用。静电的最大危害是有可能因静电火花点燃某些易燃物质而引起爆炸。
3．防止：最简单而又最可靠的办法是用导线把设备接地，这样可以把电荷引入大地，避免静电积累。油罐车尾部拖的铁链就是一根接地线。调节空气的湿度也是防止静电危害的有效方法。
要点提炼
(多选)随着人们生活水平的提高，各种家用电器日益走入我们的居家生活，而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干燥以及老年人心血管系统的老化、抗干扰能力减弱等因素，因此老年人更容易受静电的影响。心血管系统本来就有各种病变的老年人，静电更会使病情加重。过高的静电还常常使人焦躁不安、头痛、胸闷、呼吸困难、咳嗽。我们平时生活中就应当采取措施，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、光滑的化纤类衣物
D．尽量避免使用化纤地毯和塑料为表面材料的家具
典例剖析
典例
3
ABD
思路引导：了解常见的静电危害、理解静电作用的特点、知道防止静电危害的基本方法是分析、解决该类实际问题的基础。
解析：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，尽量不穿化纤类衣物，以使静电的危害减少到最低限度；尽量避免使用化纤地毯和以塑料为表面材料的家具，以防止摩擦起电。
3．静电喷涂利用了电荷之间的相互作用，其喷涂原理如图所示，则下列说法正确的是(
)
A．涂料微粒一定带正电
B．涂料微粒一定带负电
对点训练
C．涂料微粒可能带正电，也可能带负电
D．喷嘴与工件之间的电场为匀强电场
A
解析：根据电荷间的相互作用特点结合题目中现象图分析。静电喷涂的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上，而达到喷涂的目的，喷嘴与工件之间的电场是非匀强电场，选项D错误；由题图知，待喷涂工件带负电，所以涂料微料应带正电，选项A正确，B、C错误。
核心素养提升
古建筑上的避雷针
请观察建筑物上的避雷针(如图)，看它们是如何巧妙设计的，分析它们如何能安全引电避雷，它们的造型与建筑物是否协调，并与同学讨论交流。
解析：在古建筑物的屋顶、屋角设置各种造型的动物，避雷针以动物头上的角须形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装，另一端引入大地，从而起到避雷效果。
案
例
课堂达标检测
夯基提能作业第九章 第四节
请同学们认真完成
[练案4]
一、选择题(本题共5小题，每题8分，共40分)
1．如图所示是模拟避雷针作用的实验装置，则有关放电的论述正确的是( A )
A．A放电
B．B放电
C．A、B一起放电
D．A、B之间放电
解析：由题图知，A为尖头、B为圆头。当金属板M、N接在高压电源上时，因末端越尖越容易放电，故A容易放电，选项A正确。
2．具有一定厚度的空心金属球壳的球心位置处放一正电荷，下列四幅图画出了其空间电场的电场线情况，符合实际情况的是( D )
解析：球壳处于正电荷的电场中，达到静电平衡，球壳为等势体，球壳的内外表面之间的导体内部场强处处为零，故D选项正确。
3．在点电荷－Q的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中P点所激发的附加场强E′的方向在图中正确的是( A )
解析：由于金属圆盘处于静电平衡状态，金属圆盘内各点合场强为零，所以感应电荷的场强与点电荷的场强等大反向。又因为点电荷的电场沿P点与点电荷的连线指向点电荷，所以感应电荷产生的电场方向沿P点与点电荷的连线向外。选项A正确。
4．某农村小塑料场的高频热合机产生的电磁波频率和电视信号频率接近，由于该村尚未接通有线电视信号，空中的信号常常受到干扰，在电视荧屏上出现网状条纹，影响正常收看。为了使电视机不受干扰，可采取的办法是( D )
A．将电视机用一金属笼子罩起来
B．将电视机用一金属笼子罩起来，并将金属笼子接地
C．将高频热合机用一金属笼子罩起来
D．将高频热合机用一金属笼子罩起来，并将金属笼子接地
解析：为了使电视机能接收电磁波信号，但又不接收高频热合机产生的电磁波，应将高频热合机产生的电磁波信号屏蔽，而接地金属笼子具有屏蔽内电场的作用，故选项D正确。
5．(多选)下列措施中，属于防止静电危害的是( ACD )
A．油罐车后有一条拖在地面上的铁链条
B．小汽车上有一根露在外面的小天线
C．在印染厂中保持适当的湿度
D．在地毯中夹杂0.05
mm～0.07
mm的不锈钢丝导电纤维
解析：油罐车后装一条拖在地面上的铁链条，可以及时导走油罐车上产生的静电荷，避免电荷越积越多，防止产生高压放电，防止油罐车起火爆炸，所以A项正确；在地毯中夹杂导电纤维，同样是为了导走摩擦产生的静电荷。而保持印染厂空气有适当湿度，是为了使静电荷及时散失，避免干扰印染的质量，所以C、D项正确；小汽车外露出的一根小天线，是为了接收电磁波(收音机等)，如果小天线不露在汽车外，车内处于被金属包围的环境中，由于静电屏蔽，无法接收到无线电信号，因此B项错误。
一、选择题
1．(多选)(9分)如图所示，四组静电实验中，能使左边的验电器的金箔张开的是( AC )
解析：处于静电平衡状态下的导体所带的电荷都分布在导体的外表面，用导线连接之后，左边的金箔也是外表面，故A、C正确，B错误；D选项中由于静电屏蔽的作用，验电器不受外电场的影响，故金箔是闭合的。
二、非选择题
2．(10分)在开口的绝缘金属壳A的内部有一带正电的小球Q，球壳外用绝缘线吊有一带负电的小球B，如图所示，在下列三种情况中，B球受到A的作用力吗？若受A的作用，是吸引力还是排斥力？
(1)Q不跟A接触，如图①所示。
(2)Q跟A接触，如图②所示。
(3)Q不跟A接触，但A接地，如图③所示。
答案：(1)B球受到A的吸引力而向右偏 (2)B球受到A的吸引力而向右偏 (3)B球不受A的作用力
解析：(1)如图①所示，Q不跟A接触，A的内、外表面分别感应出等量的负、正电荷，故B受到引力向右偏移。
(2)如图②所示，Q跟A接触后组成一个新的等势体，A的外表面带正电，对B产生引力，使之右偏。
(3)如图③所示，Q不跟A接触，但A接地，A与大地组成一个等势体，A的外部场强为零，B不受电场力作用。
3．(11分)(2019·北京市昌平区高二上学期期末)如图所示，一个原来不带电的半径为r的金属球放在绝缘支架上，其水平左侧放置一个电荷量为＋Q的点电荷，点电荷到金属球左端的距离为2r。
(1)分析在金属球上感应电荷的分布情况；
(2)求点电荷＋Q在金属球球心O点处产生的场强大小E0；
(3)求金属球上感应电荷在球心O点处产生的场强大小E′，并说明方向。
答案：(1)
左侧感应出负电荷，右侧感应出正电荷
(2)k (3)k，方向向左
解析：(1)在金属球的左侧感应出负电荷，右侧感应出正电荷。
(2)设在O放置一检验电荷q，＋Q与q间的库仑力为
F＝k
由场强定义E＝得：E0＝k
(3)由于静电平衡后，O点的合场强为0，所以感应电荷在O点处产生的场强E＇与E0等大反向。
E′＝E0＝k，方向向左。
