9.4 静电的防止与利用 讲义—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册（word含答案）

第九章静电场及其应用
第4节静电的防止与利用
【素养目标】
1．了解静电的应用和防止原理。
2．会分析日常生活中的静电现象，对有害经典提出有效的防止措施。
3．培养对经典现象的分析，以及利用静电知识解决有关问题的能力。
【必备知识】
知识点一、静电平衡
定义:把一个不带电的金属导体放到电场中，由于静电感应，在导体两侧感应出异种电荷，它们在导体内部产生的电场与外部的电场方向相反。在叠加后的电场作用下,仍有自由电子不断运动，直到导体内部各点的电场强度为0,导体内的自由电子不再发生定向移动，导体达到静电平衡状态。
(2)处于静电平衡状态下导体的特征
①内部的电场强度处处为0。外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合场强为零，E′＝－E.
②导体表面附近任意一点的电场强度方向与该点的表面垂直。
③静电平衡状态下的导体是个等势体，表面是个等势面。
处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点
(1)净电荷只分布在导体表面，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，近异远同，如图甲所示．
(3)净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示．

知识点二、尖端放电
1．电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的场强很强，空气中的带电粒子剧烈运动，使空气分子被撞“散”而使正、负电荷分离的现象．
2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象．
3.应用，高压设各中导体的表面应该尽量光滑，避免尖端放电而造成损失成事故。安装在建筑物顶端的避雷针，使建筑物避免雷击。
知识点三、静电屏蔽
(1)定义:把一个电学仪器放在封闭的金属壳里、即使壳外有电场，但由于壳内电场强度保持为0.外电场对壳内的仪器E=0不会产生影响。金属壳的这种作用叫静电屏蔽。
(2)说明:实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用。
①现象:图甲中,验电器的箔片张开;图乙中,验电器的箔片不张开。
②结论:金属网罩能把外电场挡住，使罩内仪器不受外电场的影响。
知识点四、静电吸附
(1)原理:在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上。
(2)静电除尘:设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来,这就是静电除尘。
(3)静电喷漆:接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力的作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。
(4)静电复印:复印机也应用了静电吸附。
【课堂检测】
1.如图所示，验电器带有少量的负电荷，将一带正电荷的小球从远处逐渐靠近，但不接触验电器的金属球。下列说法正确的是（?? ）
A.?金属箔片张开的角度先减小至零，后逐渐增大
B.?金属箔片张开的角度不断增大
C.?金属箔片一直带负电
D.?金属箔片一直带正电
【答案】 A
【解析】带有正电荷的小球慢慢靠近一个带有少量负电荷的验电器金属球，根据异种电荷相互吸引得出金属箔片所带电荷变少，所以金属箔片的夹角减小，随着小球的靠近，验电器的金属球上的负电荷越来越多，所以金属箔片上将开始带上正电荷，随着正电荷的增加，此时验电器金属箔片的张角也开始变大，即金属箔片的夹角增大。
故答案为：A。
2.下列说法错误的是（?? ）
A.?高大建筑上的避雷针是利用尖端放电的原理
B.?路上行驶的油罐车后方有一条拖地的铁链，作用是向外界散热
C.?在高压环境下工作的电工都要穿静电防护服，是利用了静电屏蔽的原理
D.?站在一根高压电线上的鸟不会触电，是因为两脚间电势差太小，流过鸟身体的电流几乎为零
【答案】 B
【解析】A．高大建筑上的避雷针就是利用尖端放电的原理，中和建筑物上的电荷，A正确，不符合题意；
B．油罐车后方拖地的铁链是为了释放行驶过程中积累的电荷，不是向外界散热，B错误，符合题意；
C．在高压环境下工作的电工所穿的静电防护服，是利用了静电屏蔽的原理，从而防护人体免受高压电场及电磁波的危害，C正确，不符合题意；
D．鸟落在单根导线上，因为两脚间距离很小，鸟身上的电势和导线的电势几乎是相等的，没有电流流过身体，所以鸟是安全的，D正确，不符合题意。
故答案为：B。
【素养作业】
1.下列现象中不属于静电现象的是（?? ）
A.?梳过头发的塑料梳子能吸起轻纸屑
B.?带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引
C.?冬季家里环境干燥，手碰到金属门把手时有被电击的感觉
D.?放在通电直导线附近的小磁针会发生偏转
【答案】 D
【解析】A．梳过头发的塑料梳子吸起纸屑是由于摩擦起电，与静电现象有关，A不符合题意；
B．带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引，是由于发生感应起电，与静电现象有关，B不符合题意；
C．手碰到金属把手时有被电击的感觉，是由于人体因摩擦带电，与静电现象有关，C不符合题意；
D．当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转，是由于电流产生磁场引起的，与静电现象无关，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】摩擦起电、感应起电都属于静电现象。
2.电工穿的高压作业服是用铜丝编织的，下列说法正确的是（?? ）
A.?电工被铜丝衣服所包裹，使体内电场强度为零
B.?电工被铜丝衣服所包裹，使体内电势为零
C.?铜丝编织的衣服不易拉破
D.?铜线电阻小，能对人体起到保护作用
【答案】 A
【解析】屏蔽服作用是在穿用后，使处于高压电场中的人体外表面各部位形成一个等电位屏蔽面，从而防护人体免受高压电场及电磁波的危害．等电位说明电势相等而不是等于0，等电势时电势差为0，电场强度为0．所以A符合题意，BCD不符合题意。
故答案为：A。

【分析】金属导线接地后可以屏蔽外界的电场，使得导体内部的电场强度为零。
3.如图所示，B是带有绝缘支架的空腔带电金属球壳，A是验电器，A、B相距较远，导线C的一端接验电器的金属球，下列现象正确的是（ ??）
A.?将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔不张开
B.?将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔不张开
C.?无论C的另一端与B的外壳还是内表面接触，验电器的金属箔都会张开
D.?以上判断都不对
【答案】 C
【解析】当把C的另一端与B的外表面接触，则C将带电，导致A的指针张开．把C的另一端与B的内表面接触，静电平衡后，电荷只分布在外表面，但静电计仍处于外表面，则A指针会张开，C符合题意，ABD不符合题意．
故答案为：C．
【分析】导体处在电场中，静电平衡，电荷会分布在外表面，而验电器处在外边面，故金属箔片会张开。
4.如图所示，用起电机使金属球A带负电，靠近验电器B的金属球，则（?? ）
A.?验电器的金属箔片不张开，因为球A没有和B接触
B.?验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了正电
C.?验电器的金属箔片张开，因为整个验电器都带上了负电
D.?验电器金属箔片张开，因为验电器下部的两金属箔片都带上了负电
【答案】 D
【解析】把一个带负电的物体A，靠近一个原来不带电的验电器的金属小球，验电器的金属小球由于静电感应，会带上正电荷，金属箔会带上等量负电荷，所以验电器的金箔张开，而整个验电器不带电.
故答案为：D。
【分析】一个带电的物体与不带电的导体相互靠近时由于电荷间的相互作用，会使导体内部的电荷重新分布，异种电荷被吸引到带电体附近，而同种电荷被排斥到远离带电体的导体另一端。
5.在感应起电中，带负电物体靠近带绝缘底座的导体时，如图所示M处将（ ??）
A.?带正电??????????????????????????B.?带负电??????????????????????????C.?不带电??????????????????????????D.?以上答案均有可能
【答案】 B
【解析】感应起电过程是电荷在电场力作用下，从物体的一部分转移到另一个部分，且近端感应出异种电荷，远端感应出同种电荷，由图知M为远端，则M处带负电．
故答案为：B．
【分析】感应起电实质是：电子从物体的一部分转移到另一个部分，电荷转移特点“近异远同”．
6.如图所示，A，B为相互接触的用绝缘支柱支持的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球，下列说法正确的是（?? ）
A.?把C移近导体A时，A，B上的金属箔片都闭合
B.?把C移近导体A，先把A，B分开，然后移去C，A，B上的金属箔片仍张开
C.?先把C移走，再把A，B分开，A，B上的金属箔片仍张开
D.?先把A，B分开，再把C移走，然后重新让A，B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合
【答案】 B
【解析】A．感应带电，这是使物体带电的一种方法，根据异种电荷互相吸引的原理可知，靠近的一端会带异种电荷，金属导体处在正电荷的电场中，由于静电感应现象，导体B的右端要感应出正电荷，在导体A的左端会出现负电荷，所以导体两端的验电箔都张开，且左端带负电，右端带正电，A不符合题意；
B．把带正电荷的C移近导体A后，把A和B分开，A带负电，B带正电，金属箔还是张开，B符合题意；
C．先把C移走，A，B电荷恢复原状，A，B两端都不带电，若再把A，B分开，A，B上的金属箔片不会张开，C不符合题意；
D．先把A，B分开，再把C移走，然后重新让A，B接触，A与B上的电荷重新中和，A上的金属箔片闭合，B上的金属箔片也闭合，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】一个带电的物体与不带电的导体相互靠近时由于电荷间的相互作用，会使导体内部的电荷重新分布，异种电荷被吸引到带电体附近，而同种电荷被排斥到远离带电体的导体另一端。
7.带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，其中正确的是（?? ）
A.???????????????????????B.???????????????????????C.???????????????????????D.?
【答案】 B
【解析】把带电金属球移近不带电的验电器，根据静电感应现象的规律可知，若金属球带正电荷，则将导体上的自由电子吸引上来，这样验电器的上部将带负电荷，箔片带正电荷；若金属球带负电荷，则将导体上的自由电子排斥到远端，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带负电荷，B符合题意。
故答案为：B
【分析】一个带电的物体与不带电的导体相互靠近时由于电荷间的相互作用，会使导体内部的电荷重新分布，异种电荷被吸引到带电体附近，而同种电荷被排斥到远离带电体的导体另一端。
8.如图所示，在一个不带电的与外界绝缘的导体两端分别设置两个开关S1和S2 ， 当带正电的小球靠近a端时，下列说法正确的是（?? ）
A.?由于静电感应，a端会出现正电荷???????????????????????B.?由于静电感应，a端会出现负电荷
C.?只闭合S1 ， 小球会受到导体的排斥力????????????????D.?只闭合S2 ， 小球会受到导体的排斥力
【答案】 B
【解析】AB．当带正电的小球靠近a端时，根据异种电荷相互吸引，则a端会出现负电荷，A不符合题意，B符合题意；
CD．当闭合任何开关时，导体就会与大地连接，导体与大地形成新的导体，导体的右端带负电，小球与导体间相互吸引，CD不符合题意。
故答案为：B。
【分析】静电感应结论：近异远同。开关不闭合，a是近端，带负电。开关s1、s2闭合，导体与大地形成新的导体，导体的右端带负电，小球与导体间相互吸引。