9.4 静电的防止与利用 讲义及典型例题 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

本高中物理讲义聚焦静电的防止与利用，系统梳理静电平衡（特征、电荷分布）、尖端放电（原理、应用与防止）、静电屏蔽（实质、应用）及静电吸附（应用）核心知识点，构建从原理到实际应用的学习支架。 资料通过典型例题（如避雷针原理分析、静电除尘场强变化）强化科学推理与模型建构，结合生活应用培养科学态度与社会责任。课中辅助教师清晰授课，课后助力学生通过实例巩固知识，查漏补缺。

9.4《静电的防止与利用》讲义及典型例题 一．静电平衡 1.静电感应现象：把不带电的金属导体放入电场中，导体内部的自由电子在静电力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象。 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.静电平衡状态的特征 （1）处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0。 （2）处于静电平衡状态的导体，表面处的电场强度不为0，表面处的电场方向跟导体表面垂直。 （3）净电荷(导体内未被中和抵消的剩余电荷)只分布在导体表面，导体内部没有净电荷。 （4）感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同。 （5）净电荷在导体表面的分布不均匀， 一般越是尖锐的位置电荷的密度越大。 二．尖端放电 1.导体处于静电平衡时电荷分布的特点 (1)静电平衡时，导体内部没有净电荷，电荷只分布在导体的外表面。 (2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，周围的电场强度越强。 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,这种现象叫作空气的电离。 3.尖端放电:空气分子电离后，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， 相当于导体从尖端失去电荷，这种现象叫作尖端放电。 （1）导体尖端越尖，尖端效应越明显。 一些电器设备的边、棱、角相对于平滑表面， 管道的喷嘴相对于管线，细导线相对于粗导线，人的手指相对于手背部等，前者都可认为是尖端，都容易产生尖端效应。 （2）尖端放电的形式主要有电晕放电和火花放电两种。在导体电荷量较小而尖端又较尖时，多为电晕型放电。在导体电荷量较大、 电压较高时，多为火花型放电。 （3）尖端放电的发生还与周围环境情况有关。环境温度越高、湿度越低越容易发生尖端放电。 （4）尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑。 4.尖端放电的应用与防止 （1）应用:避雷针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尽量光滑，这样能减少电能的损失。 三、静电屏蔽 1.静电屏蔽:把一个电学仪器放在封闭的金属壳内，即使金属壳外有电场，但由于金属壳内电场强度保持为0，外电场对壳内的仪器不会产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。 2. 静电屏蔽实质：静电屏蔽的实质是利用静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场的电场强度矢量和为0，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，电场强度矢量和为0。 3. 静电屏蔽的应用和防止 （1）应用：为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用于科学技术工作中。如许多电子仪器外面都套着金属罩；高压带电作业人员穿金属网衣；又如电话线从高压线下经过，为了防止高压线对电话线的影响，在高压线与电话线之间装一金属网等，这些都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。 （2）防止:静电屏蔽也可能带来不利的影响。如通信工具在钢筋结构建筑中接收到的信号较弱；宇宙飞船返回地球大气层时，与大气层高速摩擦，在飞船周围形成一层等离子体， 对飞船产生静电屏蔽作用，导致飞船和地面控制中心的通信联络暂时中断等。 四、静电吸附 1.静电吸附:在电场中，带电粒子受到静电力的作用，向着电极运动，最后会被吸附在电极上。 2.静电吸附的应用: 静电除尘、静电喷漆、静电复印。 典型例题 例题1．如图所示，一根长为 L 的导体棒原来不带电，现将一个带正电的点电荷q放在棒的中心轴线上距离棒的左端R处，当棒达到静电平衡后，点电荷q在O点的电场强度大小为________，方向为水平向______（选填“左”或“右”），O点的电场强度为_______。 【答案】 右 0 【详解】[1][2]点电荷q在棒中心O点处产生的电场强度大小 由于点电荷q带正电，故点电荷q在棒中心O点处产生的电场方向水平向右。 [3]导体棒达到静电平衡后，导体棒内各点合场强处处为零，故O点的电场强度为零。 例题2．一些较高的建筑物上都安装有避雷针，关于避雷针，以下说法正确的是（　　） A．避雷针与建筑物可以存储大量电荷 B．避雷针尖端产生的感应电荷向云层放电，中和了云层中的电荷 C．云层与避雷针发生摩擦，避雷针上产生的电荷被导入大地 D．避雷针顶部制作成圆球形比尖锥形避雷效果更好 【答案】B 【详解】A．避雷针是导体，其作用是将电荷导入大地，而非存储电荷，故A错误。 B．当云层带电时，避雷针尖端因静电感应聚集电荷，产生强电场。若电场强度足够，避雷针会先向云层放电，中和云层部分电荷，从而减少雷击风险，故B正确。 C．避雷针工作依赖静电感应，而非摩擦起电，故C错误。 D．尖端形状利于电荷聚集，增强放电效果；圆球形会减弱电场强度，降低避雷效率，故尖锥形优于圆球形，D错误。 例题3．如图所示，带负电的点电荷旁有一接地大金属板，A为金属板内的一点，B为金属板左侧外表面上的一点，下列关于金属板上感应电荷在A点和B点的场强方向判断正确的是 (     ) A．感应电荷在A点的场强沿E1方向 B．感应电荷在A点的场强沿E2方向 C．感应电荷在B点的场强可能沿E3方向 D．感应电荷在B点的场强可能沿E4方向 【答案】BC 【分析】考查静电感应中导体电势处处相等，内部电场强度为零，理解合电场强度求解的方法，掌握矢量合成法则． 【详解】AB．金属内部场强为0，点电荷在A点场强方向为，感应电荷的场强为，二者叠加后才能为0，故A错误，B正确． CD．B点十分靠近金属板，可认为是在金属板上，那么B点合场强方向应垂直金属板向外，而源电荷引起的分场强指向负电荷，合场强分解，一个方向指向负电荷，一个方向则可能为题目所给的方向，故C正确，D错误． 例题4．关于图中四幅图像的说法正确的是（　　） A．甲图中，将带正电的小球C靠近不带电的导体，再沿图中虚线将导体分割成A、B两部分后，A所带电荷量与B所带电荷量相同 B．乙图中，用金属网把验电器罩起来，使带电金属球靠近验电器，箔片会张开 C．丙图中，处于静电平衡状态的导体腔的内表面感应出等量异种电荷，导体壳内腔C电场强度为0 D．丁图中，将尖锐的金属棒安装在建筑物的顶端并通过导线与大地相连制成避雷针，利用的是尖端放电原理 【答案】D 【详解】A．根据电荷守恒定律，甲图中，将带正电的小球靠近不带电的导体，再沿图中虚线将导体分割成、两部分后，A、B带等量异种电荷，故A错误； B．根据静电屏蔽，乙图中，用金属网把验电器罩起来，使其内部不受影响，故带电金属球靠近验电器，箔片不会张开，故B错误； C．丙图中，处于静电平衡状态的导体腔的外表面感应出等量异种电荷，内表面没有电荷，导体壳内空腔电场强度为0，故C错误； D．丁图中，将尖锐的金属棒安装在建筑物的顶端并通过导线与大地相连制成避雷针，利用的是尖端放电原理，故D正确。 例题5．如图所示，静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成，A、B间接有高压电源，它们之间形成很强的电场，能使空气中的气体分子电离，进而使通过除尘器的尘埃带电，最后被吸附到收集器A上，下列选项正确的是（　　） A．尘埃颗粒带正电 B．尘埃颗粒运动过程中速度越来越小 C．尘埃颗粒向收集器A运动过程为匀加速运动 D．尘埃颗粒运动过程中加速度变小 【答案】D 【详解】A．因收集器A带正电，可知尘埃颗粒带负电，A错误；B．尘埃颗粒运动过程中受电场力作用不断被加速，则速度越来越大，B错误；CD．因线状电离器B附近的场强最大，收集器A附近的场强较小，则尘埃颗粒向收集器A运动过程中加速度逐渐减小，为非匀加速运动，C错误，D正确。 1 学科网（北京）股份有限公司 $