1.7（讲义） 静电现象的应用-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义+作业（人教版选修3-1）

1.7 静电现象的应用 【基础知识梳理】 知识点01 静电平衡状态下导体的电场 1. 静电感应现象：如图甲所示，将一不带电的金属导体ABCD放到电场强度为 的电场中。导体内的自由电子在静电力的作用下逆着电场线定向移动，在导体AB面上将出现负电荷，在CD面上将出现等量的正电荷，这种现象就是静电感应现象。 2.静电平衡状态：如图乙所示，金属导体中自由电子受到导体周围电场的电场力作用向左移动，在右侧出现多余的正电荷，导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场。因为与原来的电场方向相反，叠加的结果是使原场强逐渐减弱，直至导体内部各点的合场强等于零为止，于是导体内的自由电子不再发生定向移动，我们就说导体达到了静电平衡状态如图丙所示。 3．静电平衡状态的特征 (1)处于静电平衡状态的导体，内部的电场处处为0. (2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直． (3)处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体的表面为等势面． 知识点02导体上电荷的分布 1．导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面． 2．在导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷． 知识点03尖端放电 1．空气的电离：导体尖端的电荷密度很大，电场很强，带电粒子在强电场的作用下剧烈运动撞击空气分子，从而使空气分子的正负电荷分离的现象． 2．尖端放电：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，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象． 3．尖端放电的应用与防止 (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． 知识点04静电屏蔽 1．静电屏蔽 由于静电感应，金属网罩或金属壳把外电场挡住，使其内部的场强为0，遮挡了外界电场对内部的影响，这种现象叫静电屏蔽。 2. 观察静电屏蔽现象： （1） 现象：图甲中，验电器的金属箔片张开；图乙中，验电器的金属箔片不张开。 （2） 结论：金属网罩能把外电场挡住，使罩内不受外电场的影响。 3．静电屏蔽的实质 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． 2．静电屏蔽的两种情况 导体外部电场不影响导体内部 接地导体内部的电场不影响导体外部 图示 实现过程 因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用 当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用 最终结论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响 本质 静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体 【例题讲解】 1.导体处于静电平衡状态时内外电场及电荷的分布规律 例1如图所示，A是带正电的球，B为不带电的导体，A、B均放在绝缘支架上，M、N是导体B中的两点，以无限远处为电势零点，当导体B达到静电平衡后，说法正确的是（　　） A．M、N两点电场强度大小的关系为EM>EN B．M端感应出负电荷，N端感应出正电荷，所以M、N两点电势高低的关系为 C．若用导线将M、N两端连起来，将发生电荷中和现象 D．感应电荷在M、N两点产生的电场强度为 例2如图所示，在一个半径为R的均匀金属球壳左侧M点放置一个带电量为-q的点电荷，O点为球壳的球心，已知M、O、N三点在一条直线上， ， 。静电力常量为K，球壳上感应电荷在N点产生的电场强度大小为（　　） A． B． C． D． 例3（多选）如图所示，在真空中把一原来不带电的绝缘导体向带负电的小球P缓缓靠近（不相碰），下列说法正确的是（　　） A．B端的感应电荷越来越多 B．导体内电场强度越来越大 C．导体的感应电荷在M点产生的电场强度恒大于在N点产生的电场强度 D．导体的感应电荷在M、N两点产生的电场强度相等 【练1】如图所示，用绝缘柱支持的不带电的枕形导体A放置在水平桌面上，手握绝缘棒把带正电荷的带电体B移近导体A左侧后静止放置。关于导体A内部某点P的电场强度，下列说法正确的是（ ） A．大小不为零，方向向右 B．大小不为零，方向向左 C．大小为零 D．无法判断 【练2】一金属球，原来不带电，现在沿球直径的延长线上放置一根均匀带电的细杆MN，如图所示。金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上 、 、 三点的场强大小分别为 、 、 ，三者相比，则（　　） A． 最大 B． 最大 C． 最大 D． 2. 静电感应现象、等势体 例1如图所示，将带有负电的绝缘棒移近两个不带电的导体球，两