第9章 第4节 静电的防止与利用-【名师导航】2024-2025学年高中物理必修第三册同步讲义(人教版)

第4节　静电的防止与利用

1．知道静电平衡的概念，理解静电平衡的形成过程，知道静电平衡状态的导体内部电场强度处处为0。

2．知道静电平衡状态下导体上电荷的分布规律。

3．了解尖端放电现象、静电屏蔽现象及其应用。

4．了解静电吸附在静电除尘等技术中的应用。

　静电平衡

1．静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧感应出电荷的现象。

2．静电平衡状态：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。

3．导体内部电场强度特点：处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0。

如图所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体两端出现等量异种电荷。请思考下列问题：

(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向又如何？

(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？

提示：(1)静电力　与电场强度方向相反　(2)不能，自由电子也形成电场E′，当E′＝－E0时，不再定向移动。

1．对静电平衡的三点理解

(1)静电平衡是自由电子发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电子不再发生定向移动。

(2)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，即E′＝－E。

(3)处于静电平衡的导体，表面处的电场强度不为零，表面处的电场强度方向跟导体表面垂直。

2．处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点

(1)净剩电荷只分布在导体外表面，内部没有净剩电荷。

(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图甲所示。

(3)净剩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。

3．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。

4．感应电荷电场强度的求解思路

(1)先求解外电场在该处电场强度的大小和方向。

(2)再利用导体内部合电场强度处处为零和电场的叠加原理，求解感应电荷在该处的电场强度，此电场强度与外电场的电场强度大小相等，方向相反。

　对静电平衡的理解

【典例1】　矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时感应电荷产生的电场在导体内的电场线分布情况正确的是(　　)

A　　　　　　　　B

C　　　　　　　　D

A　[导体处于静电平衡状态时，导体内部电场强度处处为0，感应电荷在导体内部某处产生的电场与场源电荷Q在此处产生的电场的电场强度大小相等，方向相反，故A正确，B、C、D错误。]

[跟进训练]

1．如图所示，将一个不带电的金属球A放在带正电的点电荷Q的左侧，当金属球达到静电平衡时，下列判断正确的是(　　)

A．金属球将产生出正电荷

B．金属球左侧将出现负的净剩电荷

C．点电荷Q在A的球心处产生的电场强度为零

D．A的内部合电场强度处处为零

D　[由于静电感应，金属球左侧带正电，右侧带负电，A、B错误；点电荷在球心处产生的电场强度不为零，C错误；A的内部合电场强度处处为零，D正确。]

　利用静电平衡的特点求解电场强度

【典例2】　长为l的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为＋q的点电荷放在距棒左端R处，如图所示。当棒达到静电平衡时，求棒上感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度。

[解析]　导体棒在点电荷＋q的电场中发生静电感应，左端感应出负电荷，右端