9.4静电的防止与利用（知识解读） -2024-2025学年高中物理同步知识点解读与专题训练（人教版2019必修第三册）

9.4静电的防止与利用（知识解读）（原卷版） •知识点1 静电平衡 •知识点2 尖端放电 •知识点3 静电屏蔽 •知识点4 静电吸附 •作业 巩固训练 知识点1 静电平衡 1、静电感应现象：放在电场中的导体，其内部自由电荷在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异号电荷的现象。 2、静电平衡状态：导体中（包括表面）自由电子不再发生定向移动，我们就认为导体达到了静电平衡状态。 3、静电平衡产生原理：如下图所示，将金属导体放到外电场E0中，导体中自由电子受到外电场的电场力作用后向左移动，在右侧出现多余正电荷，导体两侧出现的正、负电荷在导体内部产生电场强度E’，该电场强度与外电场方向相反，这两个电场叠加后使原电场强度逐渐减弱，直至导体内部各点的合电场强度E=0为止，此时F＝Eq＝0，导体内的自由电子不再发生定向移动。 4、静电平衡状态下导体的特点 （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整个导体是一个等势体，它的表面是一个等势面。 （3）表面处的场强不为零，表面处的场强方向跟导体表面垂直。 5、导体上电荷的分布 （1）处于静电平衡状态的导体，内部没有电荷，电荷只分布在外表面上。 （2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎无电荷。 注意：人与大地都是导体，在人触摸导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，地球往往是新导体的远端。 【典例1-1】金属球内部空腔内放置一个点电荷后，形成电场的电场线如图所示（未标出场强方向），在轴线上有A、B两点位于空腔内壁上，用、和、分别表示A、B两处电场强度大小和电势，则（　　） A． ， B． ， C． ， D． ， 【典例1-2】（多选）如图所示，验电器A不带电，验电器B上装有带孔的空心金属球C，金属球C带电。D是带有绝缘手柄的金属小球，可以从C上方的小孔进入其内部。下列说法正确的是（　　）    A．图甲中，使D跟C的外部接触，再让D跟A靠近时，A的箔片张开 B．图甲中，使D跟C的外部接触，再让D跟A接触时，A的箔片不张开 C．图乙中，使D跟C的内部接触，再让D跟A靠得更近些，A的箔片张开 D．图乙中，使D跟C的内部接触，再让D跟A接触，重复多次，A的箔片也不张开 【变式1-1】正点电荷和处于静电平衡的导体P的电场线分布如图所示，a、b、c分别是图中的三个点，下列说法正确的是（    ） A．感应电荷在P的内表面均匀分布 B．a、b、c三点的电势大小 C．a、b、c三点的电场强度大小 D．导体P的感应电荷在b点产生的电场强度小于在c点产生的电场强度 【变式1-2】长为L的导体棒原来不带电，现将一带电量为+q的点电荷放在距棒左端R处，如图所示。当棒达到静电平衡后，棒内部的电场强度为 ，棒上感应电荷在棒内中点P产生的场强大小等于 。 知识点2 尖端放电 1、导体的电荷分布特点：静电平衡时导体内部没有净电荷，电荷只分布在外表面上。外表面电荷分布不均匀，表面越尖锐的位置电荷分布越密集，表面越平滑的位置电荷分布越稀疏，凹陷的位置几乎没有电荷。 2、空气的电离：在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离。 3、尖端放电：中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子。那些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，这相当于导体从尖端失去电荷。 4、应用 （1）制作避雷针。原理：当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷。通过尖端放电，使得空气中的带电粒子与空气中的异号电荷中和，避免建筑物遭受雷击。 （2）高压设备中导体的表面应该尽量光滑，以减少电能损失。 【典例2-1】对于以下四幅插图所涉及的物理现象或原理，下列说法不正确的是（　　） A．甲图中燃气灶电子点火器点火应用了尖端放电的原理 B．乙图中摩擦过的琥珀能够吸引羽毛，说明羽毛带有与琥珀所带电性相同的电荷 C．丙图中机翼上有多条针一样的装置可以导走飞机与大气摩擦产生的静电荷 D．丁图中金属编织网包裹着导体线芯利用了静电屏蔽原理降低干扰 【典例2-2】（多选）如图所示，是闪电击中广州塔的画面，广州塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，低端带负电的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成瞬间强电流，云层所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中，下列说法正确的是（　　） A．云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷 B．向塔尖端运动的负电荷受到的电场力越来越小 C．越靠近避雷针尖端，