9.4 靜電的防止與利用（原卷版）

9.4靜電的防止與利用——劃重點之高一暑假預習強化精細講義知識點1：靜電平衡狀態(tài)1.靜電感應現(xiàn)象把導體放人電場,導體內(nèi)的自由電子在電場力作用下定向移動，而使導體兩端出現(xiàn)等量異種電荷的現(xiàn)象.2.靜電平衡狀態(tài)：導體在電場中發(fā)生靜電感應現(xiàn)象,感應電荷的電場與原電場疊加,使導體內(nèi)部各點的合場強等于零,導體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動的狀態(tài).導體中（包括表面上）沒有電荷定向移動的狀態(tài)。如上圖所示，金屬導體中自由電子受到導體周圍電場的電場力作用后向左移動，在右側(cè)出現(xiàn)多余正電荷，導體兩側(cè)正、負電荷在導體內(nèi)部產(chǎn)生與原電場反向的電場，因與原來的電場反向，疊加的結(jié)果是使原電場強度逐漸減弱，直至導體內(nèi)部各點的合電場強度等于零為止，此時F＝E內(nèi)q＝0，導體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動，處于一個平衡狀態(tài)，我們就說導體達到靜電平衡狀態(tài)。3．靜電平衡實質(zhì)（1）在達到靜電平衡的過程中，外電場引起導體內(nèi)自由電荷的定向移動使導體兩側(cè)出現(xiàn)感應電荷，感應電荷的電場和外電場方向相反，使合場強減小，隨著感應電荷的繼續(xù)增加，合場強逐漸減小，直至合場強為零，自由電荷的定向移動停止。（2）靜電平衡的條件：導體內(nèi)部的合場強為零，即E合＝0。由于靜電感應，在導體兩側(cè)出現(xiàn)等量異種感應電荷，感應電荷在導體內(nèi)部形成與電場E0反向的電場E′，在導體內(nèi)任一點E′=－E0，使得合電場強度E內(nèi)=0。靜電平衡狀態(tài)的特征（1）導體達到靜電平衡狀態(tài)后內(nèi)部場強處處為零是指外電場的電場強度與導體表面感應電荷產(chǎn)生的電場強度的矢量和為零,而不是導體表面的感應電荷在導體內(nèi)部產(chǎn)生的電場強度為零.外電場在導體內(nèi)部某點產(chǎn)生的電場強度與沒有導體時在該點產(chǎn)生的電場強度相同.（2）處于靜電平衡狀態(tài)的導體，外部表面附近任何一點的場強方向必跟該點的表面垂直。（3）處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是個等勢體，導體的表面為等勢面。（4）金屬導體達到靜電平衡的時間是非常短的。（5）一個孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場中，處于靜電平衡狀態(tài)，具有靜電平衡的所有特點。（6）人與大地都是導體，在人摸（觸）導體的過程中，帶電體、人、大地組成一個新導體，達到靜電平衡狀態(tài)。知識點2：靜電平衡時導體上電荷的分布特點1.內(nèi)外表面分布不同，電荷都分布在外表面上，導體內(nèi)部沒有凈電荷。2.感應電荷分布于導體兩端，電性相反，電量相等，遠同近異，如圖甲所示。3.凈電荷在導體表面分布不均勻，導體表面尖銳處電荷分布密集，平滑處電荷分布稀疏，凹陷處幾乎沒有電荷，如圖乙所示。處于靜電平衡狀態(tài)時,導體的外表面是相對的.(1)當場源電荷放在空心球體外面時,感應的電荷只分布在外側(cè),空心球體的內(nèi)側(cè)沒有電荷,如圖甲所示;(2)當場源電荷放在空心球體的內(nèi)部時,則感應電荷在兩個表面(均為外表面)都有分布,如圖乙所示.【典例1】如圖所示，B是帶有絕緣支架的空腔帶電金屬球殼，A是驗電器，A、B相距較遠，導線C的一端接驗電器的金屬球，下列現(xiàn)象正確的是（）A．將C的另一端與B的外殼接觸，驗電器的金屬箔片張開B．將C的另一端與B的內(nèi)表面接觸，驗電器的金屬箔片閉合C．將C的另一端與B的外殼接觸，驗電器的金屬箔片不張開D．將C的另一端與B的內(nèi)表面接觸，驗電器的金屬箔片不張開【典例2】如圖，一半徑為R電荷量為Q的帶電金屬球，球心位置O固定，P為球外一點。幾位同學在討論P點的場強時，下列說法正確的是（）A．若P點無限靠近球表面，因為球表面帶電，由庫侖定律可得，P點的場強趨于無窮大B．因為在球內(nèi)場強處處為0，若P點無限靠近球表面，則P點的場強趨于0C．若Q不變，P點的位置也不變，而令R變小，則P點的場強不變D．若將一個點電荷在球的表面移動一段距離，該點電荷的電勢能增加【典例3】如圖所示，長為L的導體棒AB原來不帶電，現(xiàn)將一個帶正電的點電荷Q放在導體棒的左側(cè)BA延長線上的C點，且C點距離導體棒的A端為R，O為AB的中點。當導體棒達到靜電平衡后，下列說法正確的是（）A．導體棒A端電勢低，B端電勢高B．導體棒A端帶正電，B端帶負電C．感應電荷在O點的場強方向由O點指向AD．感應電荷在O點的場強大小E=【典例4】（多選）如圖所示，將不帶電導體AB，放在一個點電荷的電場中，點電荷的電荷量為Q，與導體AB的中心O的距離為R。當達到靜電平衡時，若沿虛線1將導體分成A、B兩部分，這兩部分所帶電荷量分別為QA、QB；若沿虛線2將導體分成兩部分，這兩部分所帶電荷量分別為Q′A．導體A端的電勢低于B端的電勢B．Q′A=C．QA<QD．導體AB的感應電荷在AB中心處產(chǎn)生的電場強度大小為kQ【典例5】（多選）如圖所示，一帶電量為q的金屬球，固定在絕緣的支架上，這時球外P點的電場強度為E，當把一電量也是q的點電荷A放在P點時，測得點電荷受到的靜電力為f；當把一電量為aq的點電荷B放在P點時，測得作用于這個點電荷的靜電力為F，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)比1小得越多，F(xiàn)的數(shù)值越接近afB．a(chǎn)比1小得越多，F(xiàn)的數(shù)值越接近aqEC．將電荷A先與金屬球接觸，再將其放回P點，則電荷A的電勢能一定不變D．只將電荷B放到P點，穩(wěn)定后金屬球表面的電場線與球面垂直知識點3：尖端放電1.空氣的電離在導體外表面,越尖銳的位置,電荷的密度越大,周圍的電場強度越大.在一定條件下,導體尖端周圍的強電場足以使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運動,并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負電荷分離.這個現(xiàn)象叫作空氣的電離。2.尖端放電的原理導體尖端的強電場使附近的空氣電離,電離后產(chǎn)生的那些所帶電荷與導體尖端的電荷符號相反的粒子,由于被吸引而奔向尖端,與尖端上的電荷中和,這相當于導體從尖端失去電荷.這種現(xiàn)象叫作尖端放電。3.尖端放電的應用與防止應用:一般的電子打火裝置、避雷針、工業(yè)煙囪除塵的裝置利用的都是尖端放電的原理.防止:高壓設(shè)備中導體的表面盡量光滑會減少電能的損失.4.避雷針的工作原理當帶電的雷雨云接近建筑物時，由于靜電感應，金屬針出現(xiàn)與云層相反的電荷，通過尖端放電，這些電荷不斷向大氣釋放，中和空氣中的電荷，達到避免雷擊的目的.【典例6】為避免野外高壓輸電線遭受雷擊，在三條輸電線上方往往架設(shè)有兩條與大地相連的導線。下列選項中，與該措施原理相同的是（）A．靜電除塵設(shè)備B．建筑物頂部安裝避雷針C．音、視頻等信號線包裹金屬網(wǎng)D．電子點火器的釘尖形放電極【典例7】夏天，受強對流天氣影響，經(jīng)常有雷電發(fā)生。為避免雷電造成的損害，某建筑頂部裝有避雷針。如圖所示為某次閃電前瞬間避雷針周圍電場的等勢面分布情況。在等勢面中有A、B、C三點，其中A、B兩點位置關(guān)于避雷針對稱。下列說法正確的是（）A．A、B兩點的場強相同B．此次閃電前瞬間避雷針尖端一定帶負電C．從云層沿直線向避雷針尖端運動的電荷受到的電場力可能越來越小D．某正電荷從C點移動到B點，電場力對該電荷做負功【典例8】（多選）如圖所示，是閃電擊中廣州塔的畫面，廣州塔的尖頂是一避雷針，雷雨天氣時，低端帶負電的云層經(jīng)過避雷針上方時，避雷針尖端放電形成瞬間強電流，云層所帶的負電荷經(jīng)避雷針導入大地，在此過程中，下列說法正確的是（）A．云層靠近避雷針時，針尖感應出正電荷B．向塔尖端運動的負電荷受到的電場力越來越小C．越靠近避雷針尖端，電場強度越大D．向塔尖端運動的負電荷電勢能減小知識點4：靜電屏蔽1.定義:當金屬殼達到靜電平衡狀態(tài)時,內(nèi)部沒有電場,因而金屬的殼會對其內(nèi)部起保護作用,使它內(nèi)部不受外部電場的影響.2.靜電屏蔽的實質(zhì):金屬殼內(nèi)感應電荷產(chǎn)生的場強和外加電場產(chǎn)生的場強矢量和為零,好像是金屬殼將外電場“擋”在外面.3.靜電屏蔽的兩種情況及本質(zhì)（1）導體內(nèi)部不受外部電場的影響①現(xiàn)象:由于靜電感應,驗電器箔片張開,如圖甲所示,將驗電器放入導體網(wǎng)罩內(nèi)部后驗電器箔片不張開,如圖乙所示.②本質(zhì):由于靜電感應,導體網(wǎng)罩上感應電荷產(chǎn)生的電場與外電場在導體網(wǎng)罩內(nèi)部任一點的場強相互抵消.（2）接地的封閉導體殼內(nèi)部電場對殼外空間沒有影響①現(xiàn)象:如圖甲所示,導體殼未接地,正電荷處于導體殼內(nèi)部,達到靜電平衡狀態(tài)時,導體殼內(nèi)、外表面出現(xiàn)等量異種電荷,空間電場的電場線起于場源正電荷,終于導體殼內(nèi)表面負電荷,再起于導體殼外表面正電荷,終于無窮遠處,殼內(nèi)、外表面之間場強處處為零,殼外場強不為零.如圖乙所示,導體殼接地,導體殼外的正電荷被大地的負電荷中和,正電荷出現(xiàn)在地球的另一端無窮遠處,空間電場起于場源正電荷,終于導體殼內(nèi)表面負電荷,導體殼內(nèi)、外表面之間及導體殼外部場強處處為零,導體殼外部空間不受內(nèi)部電場影響。②本質(zhì):由于靜電感應,導體殼內(nèi)表面感應電荷的電場與殼內(nèi)場源電荷的電場在導體殼表面以外任一點的場強相互抵消。4.應用(1)電學儀器和電子設(shè)備外面會有金屬罩,通訊電纜外面包一層鉛皮,可以防止外電場的干擾.(2)電工高壓帶電作業(yè)時,穿戴金屬絲網(wǎng)制成的衣、帽、手套、鞋子,可以對人體起到靜電屏蔽作用,使人安全作業(yè).（1）接地的空腔導體，腔外電場對腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響，腔內(nèi)電場對腔外空間也不產(chǎn)生影響，即內(nèi)外互不影響。（2）空腔導體不接地，腔外電場對腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響，腔內(nèi)電場對腔外空間產(chǎn)生影響。要將內(nèi)電場屏蔽,導體必須接地,將外表面的感應電荷中和。【典例9】在如圖所示的實驗中，驗電器的金屬箔片會張開的是（）A． B．C． D．【典例10】如圖所示，用金屬網(wǎng)把驗電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗電器。則以下關(guān)于驗電器箔片的說法正確的是（）A．驗電器箔片會張開，因為帶電金屬球的電場會存在于整個空間的B．驗電器箔片可能會張開，只要帶電金屬球所帶電量足夠大就可以C．驗電器箔片不會張開，因為金屬網(wǎng)罩把電荷都導到地球上去了D．驗電器箔片不會張開，因為金屬網(wǎng)罩會出現(xiàn)感應電荷抵消掉帶電金屬球在網(wǎng)罩內(nèi)的電場【典例11】如圖所示，將懸掛在細線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi)（不與C的內(nèi)壁接觸），在C附近另外有一個懸掛在細線上的帶負電的小球B，則（）A．A，B兩球均不偏離豎直方向B．A球不偏離豎直方向，B球向右偏離豎直方向C．A球向左偏離豎直方向，B球不偏離豎直方向D．A球向左偏離豎直方向，B球向右偏離豎直方向【典例12】（多選）如圖所示，用起電機使金屬鳥籠帶電，站在金屬架上的鳥安然無恙，其原因是（

）A．鳥的腳爪與金屬架絕緣B．起電機使籠帶電，籠的電場強度不會很高C．鳥籠內(nèi)部場強為零，電荷分布在籠的外表面D．金屬鳥籠起靜電屏蔽的作用【典例13】（多選）如圖所示，絕緣金屬球殼的空腔內(nèi)、外各有一小球B和A，球殼接地。下列說法正確的是（）A．若A球帶電，則球殼內(nèi)的B球處的電場強度為零B．若B球帶電，則A球處的電場強度不為零C．若A球和B球均帶電，則彼此也不會相互影響D．若A球和B球均帶電，則由于球殼接地，A球?qū)球沒有影響，但B球?qū)球有影響知識點5靜電吸附靜電起電包括使正、負電荷發(fā)生分離的一切過程,如通過固體與固體表面、固體與液體表面之間的接觸、摩擦、碰撞,固體或液體表面的破裂等機械作用產(chǎn)生的正、負電荷分離,也包括氣體的離子化、噴射帶電以及在粉塵、雪花和暴風雨中的帶電現(xiàn)象.在生產(chǎn)和生活中,靜電的應用十分廣泛,如靜電噴涂、靜電屏蔽、靜電除塵、靜電復印等.1.靜電除塵電子空氣凈化器利用風扇將空氣送入機內(nèi),空氣流經(jīng)正、負電極間時,首先經(jīng)過帶正電的網(wǎng)格,這時帶負電的煙塵等粒子被吸附在其上.接著,空氣又通過帶負電的網(wǎng)格,這時帶正電的煙塵等微粒被吸附在其上.最后,活性炭過濾器再將空氣中的剩余塵粒過濾一遍,把潔凈的空氣送入室內(nèi).2.靜電噴涂工作原理:接負高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負電,在靜電力作用下,這些微粒向著作為正極的工件運動,并沉積在工件的表面,完成噴漆工作.3.靜電復印激光掃描原稿上的文字或圖案,經(jīng)反射,聚焦在攜帶靜電的硒鼓上.激光掃描到原稿上的空白處,硒鼓上相應部位的靜電荷就被消除,留在硒鼓上的靜電荷就形成了原稿上的文字或圖案,墨粉被硒鼓上的靜電吸引,被轉(zhuǎn)移到復印紙上并被加熱固定,復印紙上就出現(xiàn)了原稿上的文字或圖案。知識點6防止靜電的危害靜電是一種常見現(xiàn)象,它會給人們帶來麻煩,甚至造成危害.如在印刷廠里,紙張之間摩擦帶電,會使紙張粘在一起,難以分開;在印染廠里,棉紗、毛絨、人造纖維上的靜電會吸引空氣中的塵埃,使印染質(zhì)量下降.靜電對現(xiàn)代高精密度、高靈敏度電子設(shè)備影響很大,大量的靜電不但會妨礙電子設(shè)備的正常運行,甚至會因火花放電而擊穿電子儀器的某些器件.防止靜電危害的主要方法與途徑:(1)盡量減少靜電的產(chǎn)生,常用的方法是增大空氣的濕度；(2)盡快把靜電導走,防止靜電積累,常用的最簡單辦法是用導線把設(shè)備接地；(3)在易燃易爆氣體和粉塵聚集的場所保持良好的通風,消除靜電火花的引爆?！镜淅?4】如圖所示，穿戴屏蔽服的電力工作人員在幾百萬伏的高壓電線上進行帶電作業(yè)，屏蔽服是用導電金屬材料與紡織纖維混紡交織成布后做成的服裝，下列說法正確的是（）A．金屬材料編織成的布不易被拉破B．屏蔽服也可以用絕緣材料替代金屬材料制作C．電工穿上屏蔽服進行帶電作業(yè)時，體內(nèi)電勢為零D．電工穿上屏蔽服進行帶電作業(yè)時，體內(nèi)電場強度為零【典例15】在一次科學晚會上，一位老師表演了一個“魔術(shù)”：如圖，一個空塑料瓶上固定著一根鐵鋸條和一塊易拉罐（金屬）片，將鋸條與靜電起電機負極相連，金屬片與靜電起電機正極相連。在塑料瓶里放一盤點燃的蚊香，很快就看見整個透明塑料瓶里煙霧繚繞。當把起電機一搖，頓時塑料瓶清澈透明，停止搖動，又是煙霧繚繞。在起電機搖動時，下列說法正確的是（）A．塑料瓶內(nèi)存在的是勻強電場B．鋸條附近電場強度小C．煙塵帶負電，最終被吸附到金屬片上D．煙塵帶負電，最終被吸附到鋸條上【典例16】低碳環(huán)保是我們追求的生活方式。如圖所示，是一個用來研究靜電除塵的實驗裝置，處于強電場中的空氣分子會被電離為電子和正離子，當鋁板與手搖起電機的正極相連，縫被針與手搖起電機的負極相連，在鋁板和縫被針中間放置點燃的蚊香。轉(zhuǎn)動手搖起電機，蚊香產(chǎn)生的煙霧會被鋁板吸附，停止轉(zhuǎn)動手搖起電機，蚊香的煙霧又會裊裊上升。關(guān)于這個現(xiàn)象，下列說法中正確的是（）A．煙塵帶正電B．同一煙塵顆粒在被吸附過程中離鋁板越近速度越大C．同一煙塵顆粒在被吸附過程中離鋁板越近速度越小D．同一煙塵顆粒在被吸附過程中如果帶電荷量不變，離鋁板越近則加速度越大一、單選題1．下列說法不屬于靜電現(xiàn)象應用的是（）A．靜電除塵可用于回收水泥粉塵B．復印機應用靜電吸附，實現(xiàn)復印工作C．帶負電的油漆微粒沉積在作為正極的工件表面，完成噴漆工作D．印刷廠里紙張之間因摩擦帶電面吸附在一起，給印刷帶來麻煩2．在點電荷﹣Q的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓平面與點電荷在同一平面內(nèi)，則盤上感應電荷在盤中P點所激發(fā)的場強E′的方向在圖中正確的是（）A． B．C． D．3．金屬球內(nèi)部空腔內(nèi)放置一個點電荷后，形成電場的電場線如圖所示（未標出場強方向），在軸線上有A、B兩點位于空腔內(nèi)壁上，用EA、EB和φA、φB分別表示A．EA>EB，φA=φC．EA>EB，φA>φ4．如圖所示，四個電荷量均為＋q的點電荷固定在一個正方形abcd的四個頂點上，用一小型金屬球殼將d點處正電荷封閉在球心位置，球殼半徑遠小于ab邊長。M、N分別為ab和bc的中點，則下列說法正確的是（）A．O點處的電場強度方向沿Od方向 B．M點處的電場強度大小為0C．N點處的電場強度方向沿ON方向 D．若將金屬球殼接地，O點處的電場強度不變5．在一次科學晚會上，一位老師表演了一個“魔術(shù)”：如圖所示，一個沒有底的空塑料瓶上固定著一根鐵鋸條和一塊易拉罐（金屬）片，瓶內(nèi)的金屬片和鋸條的情況如圖所示（俯視圖）。將鋸條與起電機的負極相連，金屬片與起電機的正極相連。在塑料瓶里放一盤點燃的蚊香，很快就看見整個透明塑料瓶里煙霧繚繞。當把起電機一搖，強電場使空氣電離而產(chǎn)生負離子和正離子，負離子碰到煙塵微粒使它帶負電，頓時塑料瓶清澈透明，停止搖動，又是煙霧繚繞。關(guān)于此實驗下列說法正確的是（）A．煙塵在向某極運動過程中一定做勻加速運動B．場強方向由鋸條指向金屬片C．起電機工作后煙塵會向鋸條運動，最終被鋸條吸附D．起電機工作后煙塵運動過程中電勢能減小6．如圖，為了研究靜電屏蔽現(xiàn)象，某同學將可視為正點電荷的帶電小球置于封閉金屬空腔的外部或內(nèi)部，其中Q、N的金屬空腔和大地相接，P、M的金屬空腔與外界絕緣。規(guī)定大地的電勢為零，關(guān)于場強大小和電勢高低，下列說法中正確的是（）A．P金屬空腔內(nèi)任意一點的場強大于零，電勢大于零B．Q金屬空腔內(nèi)任意一點的場強等于零，電勢等于零C．M金屬空腔外附近一點的場強等于零，電勢大于零D．N金屬空腔外附近一點的場強大于零，電勢等于零7．接地導體球殼外固定放置著一個點電荷，空間