人教新課標(biāo)1靜電現(xiàn)象的應(yīng)用導(dǎo)學(xué)案

高中物理(3-1)同步導(dǎo)學(xué)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】

1．靜電感應(yīng)現(xiàn)象

放入電場(chǎng)中的導(dǎo)體，其內(nèi)部的自由電子在電場(chǎng)力的作用下向電場(chǎng)的反方向作定向移動(dòng)，致使導(dǎo)體的兩端分別出現(xiàn)等量的正、負(fù)電荷。這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)現(xiàn)象。

2．靜電平衡狀態(tài)

導(dǎo)體中(包括表面)沒(méi)有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)叫做靜電平衡狀態(tài)。

3．處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的性質(zhì)

(1)導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。

(2)導(dǎo)體表面上任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向跟該點(diǎn)的表面垂直。

(3)導(dǎo)體所帶的凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上，導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈電荷。

(4)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面。

(5)地球是個(gè)大導(dǎo)體，靜電平衡狀態(tài)的地球以及跟它相連的導(dǎo)體都是等勢(shì)體。

(6)孤立導(dǎo)體表面的電荷分布特點(diǎn)：在孤立導(dǎo)體表面，向外突出的地方電荷較密，比較平坦的地方電荷較疏，向里凹進(jìn)的地方電荷最疏。因而導(dǎo)體尖端電荷面密度較大致使該處場(chǎng)強(qiáng)較大，從而可能使得空氣被電離成導(dǎo)體而發(fā)生尖端放電現(xiàn)象。夜間看到的高壓電線周圍籠罩著的一層綠色光暈(電暈)就是一種微弱的尖端放電形式。尖端放電致使高壓線及高壓電極上電荷的丟失，因此，凡對(duì)地有高壓的導(dǎo)體(或兩個(gè)相互有高壓的導(dǎo)體)，其表面都應(yīng)盡量光滑。避雷針即利用尖端放電的道理制成的。

3．靜電的防止和利用

(1)危害

靜電由于吸附塵埃會(huì)給印刷、制藥、合成纖維等工業(yè)生產(chǎn)中帶來(lái)危害。靜電對(duì)高精密儀器有干擾甚至毀壞作用。靜電的最大危害是有可能因靜電火花點(diǎn)燃某些易燃物質(zhì)而引起爆炸。

(2)防止

最簡(jiǎn)單而又最可靠的辦法是用導(dǎo)線把設(shè)備接地，這樣可以把電荷引入大地，避免靜電積累。油罐車尾部拖的鐵鏈就是一根接地線。調(diào)節(jié)空氣的溫度也是防止靜電危害的有效方法。

(3)利用

應(yīng)用的原理：靜電的應(yīng)用原理都是讓帶電的物質(zhì)微粒在電場(chǎng)力作用下奔向并吸附到電極上。

靜電除塵，靜電植絨，靜電噴涂，靜電分選，靜電復(fù)印。

【典例精析】

【例1】A、B為兩個(gè)大小不等的導(dǎo)體球殼（RA＞RB），分別有正電荷q與2q，如圖．

（1）球殼B與A接觸一下后，將B放進(jìn)A球殼內(nèi)與內(nèi)表面接觸，則A的帶電情況是________，B的帶電情況是________．

（2）球殼B與A接觸一下后，將B球殼放進(jìn)A球殼內(nèi)，使A瞬間接地，再將B與A的內(nèi)表面接觸，則A的帶電情況是________；B的帶電情況是________．

【分析】（1）B與A接觸一下后，兩者電量重新分配．由于A球殼比B球殼大，一定有電荷從B流向A，結(jié)果A球殼帶電量qA＞q，B球殼帶電量qB＜2q，qA＋qB=3q．將B放進(jìn)A球殼內(nèi)與A接觸，B球殼上的電荷將全部轉(zhuǎn)移到A球殼外表面，A球殼外表面帶電量為qA+qB=3q，B球殼不帶電．

（2）B與A接觸一下后，A球殼帶電qA＞q，B球殼帶電qB＜2q．將B放進(jìn)A球殼內(nèi)，由于靜電感應(yīng)，A球殼內(nèi)表面感應(yīng)出電量-qB，A球殼外表面帶電為qA＋qB=3q．A瞬間接地后，A球殼外表面電荷中和．再將B與A的內(nèi)表面接觸，兩者電荷正好全部中和．

【答案】（1）外表面帶電3q、不帶電；（2）不帶電、不帶電．

【說(shuō)明】由于靜電平衡時(shí)，電荷只分布在外表面，所以A、B兩球接觸后，無(wú)論帶電量如何分配，當(dāng)B放進(jìn)A內(nèi)與A內(nèi)表面接觸后，它的電荷一定全部轉(zhuǎn)移到A的外表面．

【例2】一金屬球，原來(lái)不帶電，現(xiàn)沿球的直徑的延長(zhǎng)線放置一均勻帶電的細(xì)桿MN，如圖所示．金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在球內(nèi)直徑上a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比（）A．Ea最大B．Eb最大

C．Ec最大D．Ea=Eb=Ec

【分析】金屬球處在帶電細(xì)桿的電場(chǎng)內(nèi)，靜電平衡時(shí)，帶電細(xì)桿和金屬球上感應(yīng)電荷在球內(nèi)各處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的合場(chǎng)強(qiáng)為零．

設(shè)帶電細(xì)桿MN在球內(nèi)a、b、c三點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)分別為E′a、E′b、E′c，達(dá)靜電平衡時(shí)滿足條件

E′a-Ea=0，

E′b-Eb=0，

E′c-Ec=0．

由于C點(diǎn)離帶電細(xì)桿最近，帶電細(xì)桿在C點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)最大，因此感應(yīng)電荷在C點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)也最大．

【答案】C．

【例3】導(dǎo)體球殼B帶有正電荷Q，其中放有導(dǎo)體球A，用細(xì)金屬絲通過(guò)B上的小孔與地相連（細(xì)金屬絲不與球殼B相碰），如圖所示．則導(dǎo)體球A()

A．不帶電B．帶正電

C．帶負(fù)電D．可能帶正電，也可能帶負(fù)電

【分析】球殼B帶正電荷后，附近的大地因感應(yīng)將帶負(fù)電荷．由于導(dǎo)體球A與大地相連，因此，A上也會(huì)感應(yīng)出一定量的負(fù)電荷．

【答案】C．

【說(shuō)明】不少學(xué)生常套用靜電屏蔽原理，錯(cuò)選成A．應(yīng)該注意：這里的導(dǎo)體A實(shí)際上并沒(méi)有被屏蔽，它與大地等電勢(shì)，可以看成是大地的一個(gè)組成部分．并且，由于A的引入，球殼B的內(nèi)壁也會(huì)帶有一定量正電荷，當(dāng)球殼B下方的開(kāi)孔很小，不計(jì)金屬絲影響時(shí)，球殼B內(nèi)壁分布的正電荷總量與導(dǎo)體球A上感應(yīng)的負(fù)電荷總量相等，電場(chǎng)線分布的示意圖如圖所示．

如果根據(jù)電容器的知識(shí)，對(duì)這個(gè)問(wèn)題的理解更為清楚．B球殼的內(nèi)、外殼分別與導(dǎo)體球A及大地構(gòu)成兩個(gè)并聯(lián)電容器．B球殼的內(nèi)、外壁相當(dāng)于連在一起的兩個(gè)帶正電的極板，A球應(yīng)帶負(fù)電是確屬無(wú)疑的了．

【同步練習(xí)】

1．在正電荷附近有兩個(gè)絕緣導(dǎo)體M、N，由于靜電感應(yīng)發(fā)生了如圖的電荷分布，當(dāng)用導(dǎo)線將ad兩點(diǎn)聯(lián)接起來(lái)時(shí)，導(dǎo)線中是否有電流流過(guò)，如果有電流，電流的方向是怎樣的？

有電流通過(guò)，方向是a→d

2．如圖所示，面積足夠大的、板間距離為d的兩平行金屬板豎直放置，與直流電壓為U的電源連接，板間放一半徑為R（2R＜d）的絕緣金屬球殼，C、D是球殼水平直徑上的兩點(diǎn)，則以下說(shuō)法正確的是（BD）

A．由于靜電感應(yīng)，球殼上C、D兩點(diǎn)電勢(shì)差為RU/d

B．由于靜電感應(yīng)，球殼中心O點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零

C．用手摸一下球殼，再拿去平行金屬板，球殼帶正電

D．用手摸一下球殼，再拿去平行金屬板，球殼帶負(fù)電

【能力練習(xí)】

1．如圖中，實(shí)心金屬球A半徑為R，帶電量為Q，點(diǎn)電荷B帶電量為與A球間的距離為r.當(dāng)B不存在而只有A存在且達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)，電荷Q在球心O處的電場(chǎng)強(qiáng)度等于________．當(dāng)點(diǎn)電荷B也同時(shí)存在并達(dá)到靜電平衡時(shí)，球心O處的電場(chǎng)強(qiáng)度等于________，金屬球上的電荷在球心O處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的大小等于________．0；0；kq/r2

2．如圖所示，將一不帶電的空腔導(dǎo)體A的內(nèi)壁與一外殼接地的靜電計(jì)相連，又將另一個(gè)帶正電的導(dǎo)體B向A移動(dòng)，最后B與A接觸，此過(guò)程中靜電計(jì)指針將會(huì)（D）

A．B與A未接觸時(shí)指針不張開(kāi)，接觸時(shí)變大

B．指針一直不張開(kāi)

C．B與A未接觸時(shí)指針不張開(kāi)，接觸時(shí)變小

D．B與A靠近時(shí)指針張開(kāi)，接觸時(shí)張角最大

3．如圖所示，兩個(gè)相同的空心金屬球M和N，M帶-Q電荷，N不帶電，旁邊各放一個(gè)不帶電的金屬球P和R（M、N相距很遠(yuǎn)，互不影響），當(dāng)將帶正電Q的小球分別放入M和N的空腔時(shí)（D）

A．P、R上均出現(xiàn)感應(yīng)電荷

B．P、R上均沒(méi)有感應(yīng)電荷

C．P上有感應(yīng)電荷，而R上沒(méi)有感應(yīng)電荷

D．P上沒(méi)有感應(yīng)電荷，而R上有感應(yīng)電荷

4．如圖所示，一個(gè)帶正電的絕緣金屬球殼A，頂部開(kāi)一小孔，有兩只帶正電的金屬球B、C，用金屬導(dǎo)線連接，讓B球置于球殼A內(nèi)的空腔中，與內(nèi)表面接觸后又提起，C球放置在A球殼外，待靜電平衡后正確的判斷是（B）

A．B、C兩球都不帶電

B．B球不帶電，C球帶電

C．讓C球接地后，B球不帶電

D．讓C球接地后，A球殼空腔內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)為零

5．如圖