9.4 静电的防止与利用 -2022-2023学年高二物理精讲精练（2019人教版必修第三册）

9.4 静电的防止与利用 考点精讲 考点1：对静电平衡的理解 1．静电平衡的过程 （1）电荷分布的变化情况：金属导体放到电场强度为E0的电场中，金属中的自由电荷在电场力作用下定向移动导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷。 （2）合电场强度的变化情况：感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合电场强度减小。当感应电荷继续增加，合电场强度逐渐减小，合电场强度为零时，自由电荷的定向移动停止。 2．对静电平衡的三点理解 （1）静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动。 （2）金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。 （3）导体达到静电平衡后内部电场强度处处为零是指外电场E与导体两端的感应电荷产生的附加电场E′的合电场强度为零，E′＝－E。 3．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。 甲　　　　　　　乙 处于静电平衡的导体周围的电场分布情况 静电平衡的导体尖端电荷集中，电荷电场线密集。 【例1】　在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距为2l，如果在两个点电荷连线的中点O有一个半径为r(r≪l)的空心金属球，且球心位于O点，如图所示，则球壳上的感应电荷在O处的电场强度的大小为多少？方向如何？ 【解析】　根据电场的叠加和静电平衡，球心O处的合场强为0，即感应电荷的电场强度与A、B两点电荷在O处所产生的合场强等大、反向，即E感＝EA＋EB＝k＋k＝，A、B在O处产生的电场强度方向向左，所以E感向右。 【变式训练】 上例中，若将点电荷B移走，其他条件不变，则球壳上的感应电荷在O处的电场强度大小为多少？方向如何？ 【解析】　E′感＝EA＝k，A在O处产生的电场强度方向向左，所以E′感向右。 【答案】　k　方向向右 【技巧与方法】 处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的求解方法 1 运用E＝k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。 【针对训练】 【变式1】(2020-2021学年平遥县第二中学校高二阶段练习)(多选)如图所示，一水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷Q，一表面绝缘的带正电小球(可视为质点且不影响Q的电场)从左端以v滑上金属板的上表面，向右运动到右端，在此过程中(　　) A．小球受到的电场力方向始终竖直向下 B．小球先减速运动，后加速运动 C．小球受到的电场力做正功 D．小球做匀速直线运动 【答案】 AD 【解析】 A．金属板在Q的电场中达到静电平衡时，金属板是一个等势体，表面是一个等势面，表面的电场线与表面垂直，小球所受电场力与金属板表面垂直，A正确； BCD．在金属板上向右运动的过程中，电场力不做功，根据动能定理得知，小球的动能不变，速度不变，所以小球做匀速直线运动，D正确，BC错误。故选AD。 【变式2】(多选)如图所示的静电实验(虚线框为金属网)能使左边验电器的金属箔张开的是(　　) A　　　　　　　　B C　　　　　　　　D 【答案】AC　 【解析】净电荷分布在导体的外表面，选项A正确，B错误；选项C中两个验电器接触，左侧验电器金属箔应张开，选项D中左边的验电器处于金属网中，由于静电屏蔽，金属箔不会张开，选项C正确，D错误。 【变式3】(多选)如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中．导体处于静电平衡时，下列说法正确的是(　　) A．A、B两点场强相等，且都为零 B．A、B两点场强不相等 C．感应电荷产生的附加电场EA<EB D．当电键S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动 【答案】　AD 【解析】　处于静电平衡状态的导体内部合场强为零，所以A选项正确．当电键闭合，导体和大地是一个整体，导体处于这个整体的尖端，把负电荷从地球上吸引过来，所以D选项正确． 考点2：对静电屏蔽的理解 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