高中物理人教必修三9.4靜電的防止與利用講義

1、試卷第 =page 1 1頁，總 =sectionpages 3 3頁第9章 靜電場及其應(yīng)用4靜電的防止與利用學(xué)習(xí)目標(biāo)1知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點(diǎn).2.知道導(dǎo)體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其成因.3.了解靜電除塵、靜電噴漆、靜電復(fù)印的工作原理基礎(chǔ)梳理一、靜電平衡1靜電平衡：導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動的狀態(tài)2處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其內(nèi)部的電場強(qiáng)度處處為0.3導(dǎo)體上電荷的分布：(1)導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面(2)在導(dǎo)體外表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量)越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷二、尖端放電1空氣的電離：導(dǎo)體

2、尖端電荷密度很大，附近的電場很強(qiáng)，強(qiáng)電場作用下的帶電粒子劇烈運(yùn)動，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負(fù)電荷分離的現(xiàn)象2尖端放電：與導(dǎo)體尖端的電荷符號相反的粒子，由于被吸引，而與尖端上電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象尖端放電的應(yīng)用與防止：(1)應(yīng)用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施(2)防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量光滑會減少電能的損失三、靜電屏蔽靜電平衡時(shí)，空腔導(dǎo)體內(nèi)表面沒有電荷，導(dǎo)體殼內(nèi)空腔里的電場強(qiáng)度為0.外電場對殼(網(wǎng))內(nèi)的儀器不會產(chǎn)生影響的作用叫作靜電屏蔽靜電屏蔽的應(yīng)用：電學(xué)儀器外面有金屬殼、野外高壓線上方還有兩條導(dǎo)線與大地相連四、靜電吸附1靜電吸附：在電場中，帶電粒子

3、在靜電力作用下，向著電極運(yùn)動，最后被吸附在電極上的現(xiàn)象2靜電除塵：當(dāng)空氣中的塵埃帶電時(shí)，在靜電力作用下，塵埃到達(dá)電極而被收集起來的過程3靜電噴漆：接負(fù)高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負(fù)電，在靜電力作用下，向作為正極的工件運(yùn)動，并沉積在工件表面4靜電復(fù)印：復(fù)印機(jī)應(yīng)用了靜電吸附的原理，復(fù)印機(jī)的有機(jī)光導(dǎo)體鼓表面涂覆有機(jī)光導(dǎo)體(OPC)，無光照時(shí)，OPC是絕緣體，受光照時(shí)變成導(dǎo)體能力拓展一、靜電平衡1處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零的本質(zhì)是外電場E0和感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場E的合場強(qiáng)為0，即E0E.2孤立的帶電導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場強(qiáng)為0的本質(zhì)是分布在導(dǎo)體外表面的電荷在導(dǎo)體內(nèi)部的合場強(qiáng)為0.3靜電

4、平衡時(shí)，導(dǎo)體上的電荷分布規(guī)律：(1)凈電荷只分布在導(dǎo)體外表面，內(nèi)部沒有凈電荷(2)感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反，電荷量相等，近異遠(yuǎn)同，如圖甲所示(3)凈電荷在導(dǎo)體外表面的分布不均勻，一般越是尖銳的地方電荷的分布越密集，如圖乙所示甲乙二、尖端放電靜電屏蔽1靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)感應(yīng)電荷的電場和外加電場矢量和為零，好像是金屬殼將外電場“擋”在外面，即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場并存，矢量和為零2靜電屏蔽的兩種情況導(dǎo)體外部電場不影響導(dǎo)體內(nèi)部接地導(dǎo)體內(nèi)部的電場不影響導(dǎo)體外部圖示實(shí)現(xiàn)過程因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場強(qiáng)為零，達(dá)到

5、靜電平衡狀態(tài)，起到屏蔽外電場的作用當(dāng)空腔外部接地時(shí)，外表面的感應(yīng)電荷因接地將傳給地球，外部電場消失，起到屏蔽內(nèi)電場的作用最終結(jié)論導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界電荷影響接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響本質(zhì)靜電感應(yīng)與靜電平衡，所以做靜電屏蔽的材料只能是導(dǎo)體，不能是絕緣體隨堂演練1以下屬于靜電防范的是（）A靜電除塵B靜電復(fù)印C良好接地D靜電殺菌2如圖所示，將一個(gè)帶正電的小球用絕緣細(xì)線懸掛在天花板上，將一個(gè)原來不帶電的枕形金屬殼靠近帶電小球。當(dāng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，下列分析正確的是（）AM端帶正電B金屬殼內(nèi)的電場強(qiáng)度大于0C帶電小球在N端產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為0D細(xì)線向左偏轉(zhuǎn)3如圖所示，一個(gè)原來不帶電的空心金屬球，放在絕

6、緣支架上，右側(cè)放一個(gè)電荷量為+Q的點(diǎn)電荷，達(dá)到靜電平衡后，下列說法正確的是（）A空心金屬球的左側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷，右側(cè)感應(yīng)出正電荷B空心金屬球最左側(cè)表面的電勢等于最右側(cè)表面的電勢C點(diǎn)電荷Q在空心金屬球內(nèi)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度處處為零D空心金屬球內(nèi)只有球心處電場強(qiáng)度為零4在下列各種措施中，目的是防止靜電危害的是（）A避雷針B靜電除塵C靜電噴漆D靜電復(fù)印5如圖所示，左邊是一個(gè)原先不帶電的導(dǎo)體，右邊C是后來靠近導(dǎo)體的帶正電金屬球，若用絕緣工具沿圖示某條虛線將導(dǎo)體切開，分導(dǎo)體為A、B兩部分，這兩部分所帶電荷量的數(shù)值分別為QA、QB，則下列結(jié)論正確的是（）A沿虛線d切開，A帶負(fù)電，B帶正電，且QB QAB只有沿虛線

7、b切開，才有A帶正電，B帶負(fù)電，并QB = QAC沿虛線a切開，A帶正電，B帶負(fù)電，且QB QAD沿任意一條虛線切開，都有A帶正電，B帶負(fù)電，而QA、QB的值與所切的位置有關(guān)6有一接地的導(dǎo)體球殼，如圖所示，球心處放一點(diǎn)電荷q，達(dá)到靜電平衡時(shí)，則()Aq的電荷量變化時(shí)，球殼外電場隨之改變Bq在球殼外產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為零C球殼內(nèi)、外表面的電荷在殼外的合場強(qiáng)為零Dq與球殼內(nèi)表面的電荷在殼外的合場強(qiáng)為零7如圖，在無窮大均勻帶正電金屬板和負(fù)點(diǎn)電荷形成的電場中，金屬板接地，金屬導(dǎo)體置于負(fù)點(diǎn)電荷和金屬板之間且在過負(fù)點(diǎn)電荷垂直于金屬板的直線上，A、B、C是垂線上的三個(gè)點(diǎn)且B、C在金屬導(dǎo)體表面，B、C兩點(diǎn)的電勢_

8、（填“大于”、“等于”或“小于”），負(fù)電荷在A點(diǎn)的電勢能小于在B點(diǎn)的電勢能，_（填“大于”、“等于”或“小于”）。8如圖所示，一金屬球A放在距一帶電量為-4.510-10C的點(diǎn)電荷0.3m處，求金屬球達(dá)到靜電平衡后，感應(yīng)電荷在A球球心處產(chǎn)生的場強(qiáng)的大小是_，方向是_。參考答案1C【詳解】靜電除塵，靜電復(fù)印，靜電殺菌屬于靜電的利用。所以ABD錯(cuò)誤；C正確；故選C。2A【詳解】A枕形導(dǎo)體的M端感應(yīng)出正電，N端感應(yīng)出負(fù)電，A正確；B靜電平衡時(shí)，金屬殼內(nèi)的電場強(qiáng)度等于0，B錯(cuò)誤；C平衡時(shí)枕形導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零，帶電小球在N端產(chǎn)生的電場強(qiáng)度與感應(yīng)電荷在N點(diǎn)的場強(qiáng)等大反向，即帶電小球在N端產(chǎn)生的電場強(qiáng)度不為

9、0，C錯(cuò)誤；D由于N端帶負(fù)電，則小球受吸引力，細(xì)線向右偏轉(zhuǎn)，D錯(cuò)誤。故選A。3B【詳解】A因?yàn)閹д姷狞c(diǎn)電荷放在球的右側(cè)，則空心金屬球的右側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷，左側(cè)感應(yīng)出正電荷，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B到達(dá)靜電平衡時(shí)，金屬球是等勢體，則空心金屬球最左側(cè)表面的電勢等于最右側(cè)表面的電勢，選項(xiàng)B正確；C達(dá)到靜電平衡時(shí)，點(diǎn)電荷Q在空心金屬球內(nèi)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度與感應(yīng)電荷在金屬球內(nèi)產(chǎn)生的場強(qiáng)的合場強(qiáng)為零，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D達(dá)到靜電平衡時(shí)，空心金屬球內(nèi)各點(diǎn)的電場強(qiáng)度均為零，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選B。4A【詳解】避雷針是防止靜電的危害；靜電除塵、靜電噴漆和靜電復(fù)印都是利用靜電。故選A。5D【詳解】由題意可知，靜電感應(yīng)現(xiàn)象使得A端帶正電，

10、B端帶負(fù)電。導(dǎo)體原來不帶電，只是在C的電荷的作用下，導(dǎo)體中的自由電子向B部分移動，使B部分多帶了電子而帶負(fù)電；A部分少了電子而帶正電。根據(jù)電荷守恒可知，A部分轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目和B部分多余的電子數(shù)目是相同的，但由于電荷之間的作用力與距離有關(guān)，距離越小，作用力越大，因此更多的電子容易轉(zhuǎn)移到最接近C的位置，導(dǎo)致電子在導(dǎo)體上分布不均勻，從B端到A端，電子分布越來越稀疏，所以從不同位置切開時(shí)，QA、QB的值不同。故選D。6D【詳解】A由于球殼接地，在靜電平衡后，球殼與大地是等勢體，所以球殼外的電場為0，不隨q的變化發(fā)生變化，A錯(cuò)誤；B平衡狀態(tài)后，q與球殼內(nèi)表面的電荷在殼外的合場強(qiáng)為零，q單獨(dú)在球殼外產(chǎn)生的電場強(qiáng)度不為零，B錯(cuò)誤；C D金屬球殼外表面接地，所以球殼外表面不帶電，內(nèi)表面帶與q相反電性的電荷，當(dāng)?shù)竭_(dá)靜電平衡狀態(tài)后，q與球殼內(nèi)表面的電荷在殼外的合場強(qiáng)為零，故C錯(cuò)誤，D正確。故選D。7等于 等于 【詳解】金屬導(dǎo)體放在