第9章 4 静电的防止与利用-【精讲精练】2023-2024学年高中物理必修第三册人教版（教师用书）

4　静电的防止与利用 [学业要求与核心素养] 1．知道什么是静电平衡状态，知道静电平衡状态下的导体特点。 2．知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因。 3．知道什么是静电吸附，了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理。 一、静电平衡 1．定义：导体内的自由电子不再发生__定向移动__的状态。 2．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为__0__。 二、尖端放电 1．空气的电离 导体尖端电荷__密度__很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷__分离__的现象。 2．尖端放电 (1)与导体尖端异号的粒子，由于被__吸引__，而与尖端上电荷__中和__，相当于导体从尖端__失去电荷__的现象。 (2)应用：__避雷针__是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 (3)防止：高压设备中导体的表面尽量__光滑__会减少电能的损失。 三、静电屏蔽 静电平衡时，空腔导体内表面没有电荷，导体壳内空腔里的电场强度为__0__。外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响的作用叫作__静电屏蔽__，静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连。 四、静电吸附 1．静电吸附 电场中，带电粒子在__静电力__作用下向电极运动，最后被吸附在电极上的现象。 2．静电除尘 当空气中的尘埃带电时，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来的过程。 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，在静电力作用下，向作为__正极__的工件运动，并沉积在工件表面。 4．静电复印 复印机应用了__静电吸附__的原理，复印机的有机光导体鼓表面涂覆有机光导体OPC，无光时，OPC是__绝缘体__，有光照时变成导体。 [自我诊断] (多选)下列说法正确的是(　　) A．静电平衡时，导体内的自由电子不再定向移动 B．处于静电平衡状态下的导体内部的外加电场下与附加电场的矢量和为零，即导体内部的电场强度处处为零 C．静电平衡时，导体内部表现为中电性。电荷都分布在外表面，导体内部没有净电荷 D．用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能张开 答案　ABC 探究点一　静电平衡状态下的导体 1．处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场E0和感应电荷产生的电场E′的合场强为0，即E0＝－E′。 2．孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合场强为0。 3．静电平衡时，导体上的电荷分布有： (1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷。 (2)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。 　如图所示，点电荷A和B带电荷量分别为＋3.0×10－8 C和－2.4×10－8 C，彼此相距6 cm。若在两点电荷连线中点O处放一个半径为1 cm的金属球壳，求球壳上感应电荷在O点处产生的电场强度。(静电力常量k＝9×109 N·m2/C2) [解析]　＋q1在O点的场强大小为E1＝k＝3×105 N/C，方向由O指向B；－q2在O点的场强大小为E2＝k＝2.4×105 N/C，方向由O指向B；设感应电荷在O点处产生的场强大小为E3，由静电平衡条件知E3＝E1＋E2＝5.4×105 N/C，方向由O指向A。 [答案]　5.4×105 N/C，方向由O指向A ●总结提升 求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生场强的方法 (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。 1. 一金属球，原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径a、b、c上三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比，则(　　) A．Ea最大 B．Eb最大 C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec 解析　处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零，故a、b、c三点的场强都为零。处于静电平衡状态的导体内部场强为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果，所以感应电荷在球内某点产生的电场的场强与MN在这一点产生的电场的场强等大反向。比较a、b、c三点感应电场的场强，实质上是比较带电体MN在这三点的场强。由于c点离MN最近，故MN在c点的场强最大，感应电荷在c点的场强也最大，正确选项为C。 答案　C 探究点二　静电屏蔽与尖端放电 1．尖端放电的理解 (1)空气的电离：导体尖端电荷密度很大，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