第9章 4 静电的防止与利用-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理必修第三册同步导学案配套PPT课件（人教版）多选

第九章　静电场及其应用 4　静电的防止与利用 1 [学习目标]　1.知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点(重难点)。2.知道导体上电荷的分布特点，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因(重点)。3.了解静电除尘、静电喷漆、静电复印的工作原理。 2 课时作业 巩固提升 要点1　静电平衡 尖端放电 要点2　静电屏蔽 要点3　静电吸附 内容索引 3 要点1　静电平衡 尖端放电 一 4 1.静电平衡 (1)概念：导体内的自由电子不再发生__________的状态。 (2)特点：处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为_____。 (3)电荷的分布 ①静电平衡时，导体__________没有净剩电荷，电荷只分布在导体的__________。 ②在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量) __________，凹陷的位置几乎没有电荷。 梳理 必备知识 自主学习 定向移动 0 内部 外表面 越大 5 2.尖端放电 (1)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__________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__________而奔向尖端，与尖端上的电荷__________，相当于导体从 尖端__________的现象。 (3)尖端放电的应用与防止 ①应用：__________是利用尖端放电避免雷击的一种设施。 ②防止：高压设备中导体的表面应该尽量__________，这样会减少电能的损失。 分离 吸引 中和 失去电荷 避雷针 光滑 6 [思考与讨论] 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。 (1)自由电子定向移动的原因是什么?定向移动的方向如何? 提示：(1)自由电子受外加电场的静电力作用而移动，向 着与电场相反的方向定向移动。 (2)自由电子能否一直定向移动?为什么? 提示：(2)不能。感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，自由电子的定向移动终止。 7 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静电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。 归纳 关键能力 合作探究 8 (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。 9 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E0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'＝－E0。 10 3.静电平衡状态下导体上的电荷分布特点 导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体外表面，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图所示。 11 [例1]　如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形 成的电场中，导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是(　　　) A.导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度 B.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＝EB C.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＜EB D.当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动 D 12 枕形导体在正点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布，因此在枕形导体内部感应电荷的电场与点电荷的电场叠加，静电平衡时，导体内部电场强度处处为零，A错误；导体内部的电场强度处处为零，所以感应电荷产生的附加电场强度的大小与点电荷产生的电场强度的大小相等，方向相反，故EA＞EB，B、C错误；当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，D正确。 13 [例2]　(2024·河南新乡高二上学期期末)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。静电力 常量为k，当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生 的电场的电场强度大小是(　　　) A.　　　　　　　 B. C. D. A 14 导体棒在点电荷＋q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任意一点都受两个电场的影响，即点电荷在棒中产生的电场和感应电荷产生的附加电场，当棒达到静电平衡状态时，这两个电场在棒中任一点的电场强度大小相等，方向相反，则棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场的电场强度大小E'＝，故选A。 15 求处于静电平衡状态的导体内部的感应 电荷产生的电场强度大小的方法 1.先求出外电场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。 名师点评 [例3]　一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10－8 C的正电荷，上端开有适当小孔，绝缘柄的金属小球B带有2×10－8 C的负电荷，使B球 和A球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷量分别为(　　　) A.QA＝1×10－8 C，QB＝1×10－8 C B.QA＝2×10－8 C，QB＝0 C.QA＝0，QB＝2×10－8 C D.QA＝4×10－8 C，QB＝－2×10－8 C B B球与A球内壁接触后成为一个新的导体，处于静电平衡状态，内部的电荷量为零，带电导体的电荷只能分布于导体的外表面，故QB＝0，QA＝4×10－8 C－2×10－8 C＝2×10－8 C，B正确。 [针对训练]　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 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。 二 要点2　静电屏蔽 21 1.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 处处为__________。外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响，金属壳的 这种作用叫作__________。 2.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。 梳理 必备知识 自主学习 0 静电屏蔽 22 [思考与讨论] 王明刚搬了新家，他每次进入电梯里手机总打不通，你能告诉他其中的原因吗? 提示：电梯可以看成金属容器，起到了屏蔽作用。 23 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。 归纳 关键能力 合作探究 24 2.静电屏蔽的两种情况 类别 导体外部电场不影响导体内部 接地导体内部的电场不影响导体外部 图示 25 类别 导体外部电场不影响导体内部 接地导体内部的电场不影响导体外部 实现 过程 因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合电场强度为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用 当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将导入大地，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用 最终 结论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响 本质 静电感应与静电平衡，所以做静电屏蔽的材料只能是导体，不能是绝缘体 [例4]　如图所示，放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电 器C。若把一带有正电荷的绝缘体A移近金属罩B，则(　　　) A.金属罩B的内表面带正电荷 B.金属罩B的右侧外表面带正电荷 C.验电器C的金属箔片将张开 D.金属罩B左、右两侧电荷电性相同 B 金属罩B处于静电平衡状态，电荷分布在其外表面上，A错误；由于静电感应，使金属罩B在左侧外表面感应出负电荷，所以金属罩B的右侧外表面感应出正电荷，B正确，D错误；由于静电屏蔽，金属网罩内电场强度为零，故验电器C上无感应电荷，验电器C的金属箔片不会张开，C错误。 [例5]　将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不和球壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近， 如图所示。下列说法正确的有(　　　) A.A往左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向 B.A的位置不变，B往右偏离竖直方向 C.A向左偏离竖直方向，B的位置不变 D.A和B的位置都不变 B 带正电的小球A放在不带电的空心球C内，通过静电感应，空心球外壳带正电，内壁带负电，因此，金属空心球C的外表面和带电小球B带异种电荷，所以B受C球的吸引往右偏离竖直方向，而由于空心球C能屏蔽小球B所产生的外部电场，因此A球不受B球电场的影响，而保持竖直位置不变，选项B正确。 30 [针对训练]　2.(多选)如图所示，绝缘金属球壳的空腔内、外各有一小 球B和A，球壳接地。下列说法正确的是(　　　) A.若A球带电，则球壳内的B球处的电场强度为零 B.若B球带电，则A球处的电场强度不为零 C.若A球和B球均带电，则彼此也不会相互影响 D.若A球和B球均带电，则由于球壳接地，A球对B球没有影响，但B球对A球有影响 AC 若A球带电，则B球相当于放置在金属球壳内，B球处的电场强度为零，故A正确；若B球带电，则A球相当于放置在金属球壳和大地构成的导体球壳内，A球处的电场强度也为零，故B错误；由于静电屏蔽，A、B两球彼此不会相互影响，故C正确，D错误。 三 要点3　静电吸附 33 1.静电吸附：在电场中，带电粒子受到__________的作用，向着电极运动，最后会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，这些微粒向着作为_______的工件运动，并沉积在工件表面。 4.静电复印：复印机应用了__________的原理，复印机的有机光导体 鼓表面涂覆有机光导体(OPC)，无光照时，OPC是__________，受到光照时变成导体。 梳理 必备知识 自主学习 静电力 正极 静电吸附 绝缘体 34 1.静电的应用 归纳 关键能力 合作探究 利用静电的性质 应用举例 利用静电能吸引较小物体 静电复印、静电喷漆、静电喷雾、激光打印、静电除尘 利用高压产生的电场 静电保鲜、静电灭菌、农作物种子处理 利用放电产生物 臭氧防止紫外线、氮合成氨 35 2.静电的防止 防止静电危害的基本办法是尽快把产生的静电导走，避免越积越多。防止静电的途径主要有： (1)避免产生静电，例如，在可能的情况下选用不易产生静电的材料。 (2)避免静电的积累，产生的静电要设法导走，例如，增加空气湿度、接地等。 36 [例6]　如图为静电除尘器除尘原理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在静电力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘的目 的。下列表述正确的是(　　　) A.到达集尘极的尘埃带正电荷 B.电场方向由放电极指向集尘极 C.带电尘埃所受静电力的方向与电场方向相同 D.同一位置所带电荷量越多的尘埃所受静电力越大 D 由于集尘极与电源的正极连接，尘埃在静电力作用下向集尘极迁移并沉积，说明到达集尘极的尘埃带负电，A错误；电场方向由集尘极指向放电极，B错误；尘埃带负电荷，在电场中所受静电力的方向与电场方向相反，C错误；根据F＝qE可知，同一位置所带电荷量越多的尘埃所受静电力越大，D正确。 [针对训练]　3.(多选)如图是某款家用空气净化器及其原理示意图，污浊空气通过过滤网后尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、 c、e接电源正极(接地)。下列说法正确的是(　　　) A.通过过滤网后空气中的尘埃带负电 B.尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大 C.c、d两个电极之间的电场方向竖直向上 D.尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做负功 答案：AB 尘埃通过过滤网后被集尘极吸引，集尘极接电源正极，所以尘埃带负电，故A正确；尘埃在被吸附到集尘极e的过程中静电力做正功，动能增大，故B正确；因为充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极，所以c、d两个电极之间的电场方向竖直向下，故C错误；尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做正功，故D错误。 41 四 课时作业 巩固提升 42 [A组　基础巩固练] 1.某研究性学习小组学习电学知识后对电工穿的高压作业服进行研究， 发现高压作业服是用铜丝编织的。下列各同学的观点正确的是(　　) A.甲认为铜丝编织的衣服不易拉破，所以用铜丝编织 B.乙认为电工被铜丝编织的衣服包裹，使身体能够导电，对人体起保护作用 C.丙认为电工被铜丝编织的衣服包裹，使体内电场强度保持为零，对人体起保护作用 D.丁认为铜丝必须达到一定的厚度，才能对人体起到保护作用 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 43 电工穿的铜丝编织的高压作业服使其内部电场强度处处为零，可以有效避免电工受到电击，对人体起到保护作用，主要应用了静电屏蔽原理，选项C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 44 2.(2024·安徽蚌埠高二上学期期末)下列对各图所涉及物理知识的说法 中错误的是(　　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.图甲中，油罐车车尾下方拖着一根落地的软铁条是利用铁的导电性将运输中产生的静电导走 B.图乙中，用铜丝编织的管线包裹话筒线是利用静电吸收信号 C.图丙中，高压输电线上方的两根接地导线具有避雷保护线路的作用 D.图丁中，用铝箔袋装硬盘是利用铝箔的静电屏蔽作用 B 45 图甲中，油罐车车尾下方拖着一根落地的软铁条是利用铁的导电性将运输中产生的静电导走，选项A正确；图乙中，用铜丝编织的管线包裹话筒线是为了防止外部信号的干扰，选项B错误；图丙中，高压输电线上方的两根接地导线具有避雷保护线路的作用，选项C正确；图丁中，用铝箔袋装硬盘是利用铝箔的静电屏蔽作用，选项D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 46 3.(2024·浙江台州高二上学期期末)在燃气灶上常安装电子点火器，接通电子线路时产生高电压，通过高压放电的电火花来点燃气体。电子 点火器的放电电极应该做成(　　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.针尖状　　　　　　　　　 B.圆头状 C.方形 D.椭球形 A 47 尖端电荷容易聚集，电子点火器需瞬间高压放电，需要高电荷密度区，故安装的电子点火器往往把放电电极做成针尖状，故选A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4.如图所示，在一电场强度为E的匀强电场中放有一个金属空心导体， 图中a、b分别为金属导体内部与空腔中的两点，则(　　　) A.a、b两点的电场强度都为零 B.a点的电场强度为零，b点的电场强度不为零 C.a点的电场强度不为零，b点的电场强度为零 D.a、b两点的电场强度都不为零 12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 A 49 处于静电平衡状态的导体，其内部场强为零，即Ea＝0；由于静电屏蔽，金属导体内空腔的场强也为零，则Eb＝0，选项A正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5.(多选)图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在下列情 况中，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引的是(　　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 AD 51 小纸屑是绝缘体，当处于电场中时，虽不会像导体一样出现电荷的定向移动，但也会受到感应电荷的吸引力。A中，由于静电屏蔽，N内无电场，所以S不会被吸引；B中，N没有接地，P的电场会影响到N外部，即S处有电场，S会被吸引；C中，P和S都处于导体N的外部，S处有电场，S会被吸引；D中，N被接地，内部电场不影响导体外部，即S处无电场，S不会被吸引。故选A、D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6.(多选)如图所示，绝缘金属球壳的空腔内有一带电小球，现在球壳左 侧放一带电小球A，下列说法正确的是(　　　) A.A球不影响球壳内的电场 B.由于静电屏蔽，球壳内没有电场 C.球壳内外表面均没有电荷 D.由于球壳接地，空腔内的电场对外部也没有影响 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 AD 53 由于金属球壳接地，对内外电场都有屏蔽作用，故A、D正确；球壳外表面没有电荷，因为空腔内有带电体，所以空腔内有电场，球壳内表面有感应电荷，故B、C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 7.(多选)如图所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带 正电荷的空腔导体B。下列实验方法中能使验电器箔片张开的是(　 　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内 壁接触一下后再跟A接触 B.用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A 接触 C.用绝缘导线把验电器A跟取电棒C的导体部 分相连，再把取电棒C与B的内壁接触 D.使验电器A靠近B BCD 55 A项中取电棒先和B的内壁接触后，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开；B项中可以使取电棒C带电，从而使A带电；C项中实际上是将验电器A和B连成了一个导体，A在外面故带电；D项是感应起电。所以B、C、D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 8.如图是模拟避雷针作用的实验装置，金属板M接高压电源的正极，金 属板N接负极。金属板N上有两个等高的金属柱A、B，A为尖头，B为 圆头。逐渐升高电源电压，当电压达到一定数值时，可看到放电现象。 先产生放电现象的是(　　　) A.A金属柱 B.B金属柱 C.A、B金属柱同时 D.可能是A金属柱，也可能是B金属柱 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 57 根据导体表面电荷分布与尖锐程度有关可知，A金属柱尖端电荷密集，容易发生尖端放电现象，故选项A正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [B组　综合强化练] 9.一金属球原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示。金属球上的感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、 c三点的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比(　　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.Ea最大 B.Eb最大 C.Ec最大 D.Ea＝Eb＝Ec C 59 处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零，故a、b、c三点的合电场强度都为零。导体内部电场强度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强度与MN在这一点形成的电场强度等大反向，比较a、b、c三点感应电场的大小，实质上是比较带电细杆MN在这三点产生的电场强度的大小，由于c点离MN最近，故MN在c点产生的电场强度最大，感应电荷在c点产生的电场强度也最大，故选项C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10.(多选)带正电的空心金属球壳置于绝缘座上，五个原不带电的金属球 如图所示放置，用细轻金属杆将A球与B球相连，C球与大地用导线相 连，D、E两球用导线相连，且E球置于空心金属球壳内并与其内壁紧紧 贴在一起。当系统达到静电平衡时，下列说法正确的是(　　　) A.A球带正电，B球带负电 B.C球与大地相连，所以不带电 C.D球带正电，E球不带电 D.E球与D球用导线相连，二者均带电 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 AC 61 由于静电感应，则B球带负电，A球带正电，故A正确；由于静电感应，C球带负电，故B错误；D球在金属球壳的外部，会带上与球壳相同的电荷，即D球带正电，而E球在球壳的内部，与球壳接触后成为球壳内部的一部分，所以E球不带电，故C正确，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11.A是带正电的物体，B是金属网，C是原来不带电的验电器，能使验 电器的金属箔张开的是(　　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 63 此题关键要清楚静电屏蔽的两种情况。达到静电平衡后，各图电荷分布情况大致如下图所示。由于静电屏蔽，选项A中验电器的金属箔不能张开；选项B中金属网接地，但是金属网仍然处于静电平衡状态，故其内部电场强度处处为0；选项C中金属网外壳带正电，能使验电器的金属箔张开；选项D中金属网外部没有电场。因此C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [C组　培优选做练] 12.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) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 答案：5.4×105 N/C，方向由O指向A 65 点电荷A在O点产生的电场强度大小为E1＝k＝3×105 N/C，方向由O指向B；点电荷B在O点的电场强度大小为E2＝k＝2.4×105 N/C，方向由O指向B；设感应电荷在O点处产生的电场强度大小为E3，由静电平衡条件知E3＝E1＋E2＝5.4×105 N/C，方向由O指向A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 $$