9.4 的防止与应用 2022-2023学年高一物理同步精品讲义（人教版2019必修第三册)

9.4 静电的防止与应用 学习目标 1．理解静电平衡状态及特点。 2．知道静电平衡时导体上电荷的分布特点。 3．了解生活中的静电现象及应用。 重点：静电平衡状态。 难点：电场中导体的特点。 知识点一、静电平衡状态 1．静电感应现象：处于电场中的导体，由于电场力的作用，电荷出现重新分布的现象。 2．静电平衡状态：导体中（包括表面上）没有电荷定向移动的状态。 如上图所示，金属导体中自由电子受到导体周围电场的电场力作用后向左移动，在右侧出现多余正电荷，导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场反向的电场，因与原来的电场反向，叠加的结果是使原电场强度逐渐减弱，直至导体内部各点的合电场强度等于零为止，此时F＝E内q＝0，导体内的自由电子不再发生定向移动，处于一个平衡状态，我们就说导体达到静电平衡状态。 3．静电平衡状态的特征 （1）处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。 （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。 （4）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，凹陷的位置几乎没有电荷。 4．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。 由于静电感应，在导体两侧出现等量异种感应电荷，感应电荷在导体内部形成与电场E0反向的电场E′，在导体内任一点E′=－E0，使得合电场强度E内=0。 【题1】如图所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷+Q，a、b两点是金属板右侧表面上的两点，其中a到+Q的距离较小，下列说法正确的是 A．由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电 B．由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面不带电 C．整个导体，包括表面上的a、b两点，是一个等势体，且电势等于零 D．a、b两点的电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同 【答案】BCD 【解析】金属板左侧接地，金属板与地球形成了一个导体，金属板相当于近端，而地球相当于远端，根据感应电荷“近异远同”的分布特点，A错，B对；由处于静电平衡状态导体的特点可知，a、b两点电势相等，接地后电势等于零，C对；金属板是一个等势体，电场线垂直于金属板表面向左，所以a、b两点的场强方向相同，D对。 【题2】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，则A、B带电荷量分别为 A．QA＝1×10－8C，QB＝1×10－8C B．QA＝2×10－8C，QB＝0 C．QA＝0，QB＝2×10－8C D．QA＝4×10－8C，QB＝－2×10－8C 【答案】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看做一个整体，对于这个整体来说，由于静电平衡它的内壁和B球将无净电荷的分布。所以QA＝2×10－8C，QB＝0。 【特别提醒】（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。 【题3】如图，水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷Q，一表面绝缘的带电的小球（可视为质点且不影响Q的电场），从左端以初速度v0滑上金属板，沿光滑的上表面向右运动到右端，在该运动的过程中 A．小球做匀速直线运动 B．小球做先减速，后加速的运动 C．小球的电势能保持不变 D．电场力对小球所做的功为零 【答案】ACD 【解析】水平放置的金属板处于点电荷Q的电场中而达到静电平衡状态，是一个等势体，其表面电场线处处与表面垂直，所以小球运动时只在竖直方向上受力的作用，在水平方向上不受力的作用，故带电小球（表面绝缘，电荷量不变）在导体表面滑动时，电场力不做功，故小球做匀速直线运动，所以A、C、D选项正确。 知识点二、导体上电荷的分布特点 1．内外表面分布不同，电荷都分布在外表面上，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。 【特别提醒】（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