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学案设计 第一章

静电场

7 静电现象的应用

学习目标

1.知道静电感应产生的原因,理解什么是静电平衡状态.

2.理解静电平衡时,净电荷只分布在导体表面且内部电场强度处处为零.

3.知道静电屏蔽及其应用.

自主探究

1.电场的重要性质是

.

2.导体的重要特征是

.

3.静电感应现象:

4.静电感应现象的实质是

5.尖端放电的原理是

.

6.尖端放电的原理有何应用?

7.静电有哪些应用?

8.哪些地方应该防止静电?

合作探究

一、静电平衡状态导体的电场

1.静电平衡条件:

.

2.导体达到静电平衡特点:

①

.

②

.

学案设计 ③

.

二、导体上的电荷分布

特点如下:

1.

.

2.

.

三、尖端放电

1.解释:

.

2.应用:

.

四、静电屏蔽

1.理解:处于静电平衡状态的导体,内部的电场强度处处为零.因此,可利用金属外壳或金属网封闭某一区域不再受外界电场的影响,这一现象称静电屏蔽.

2.两种情况:①金属内部空间不受壳外部电场的影响;

②接地的封闭的导体壳内部电场对壳外空间没有影响.

(2)静电屏蔽的应用

生活中我们见到的哪些带静电的现象是有益的?

【例题】如图,长为L的导体棒原来不带电,现将一带电量为q的点电荷放在距棒左端为R的某点,当达到静电平衡时,棒上感应电荷在棒内中点处产生的电场强度的大小为多少?

【练习与提高】

如图所示,把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内,小球带不带电?

学案设计

课堂检测

1.导体处于静电平衡,下列说法正确的是(

)

A.导体内部没有电场

B.导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的外表面

C.导体内部没有电荷的运动

D.以上说法均不正确

2.在下列措施中,能将产生的静电尽快导走的是(

)

A.飞机轮子上搭地线

B.印染车间保持湿度

C.复印图片

D.电工钳柄装有绝缘套

3.如图所示,带电体Q靠近一个接地空腔导体,空腔里面无电荷.在静电平衡后,下列物理量中等于零的是(

)

A.导体腔内任意点的电场强度

B.导体腔内任意点的电势

C.导体外表面的电荷量

D.导体空腔内表面的电荷量

4.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,在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,以达到除尘目的.下列表述正确的是(

)

学案设计

A.到达集尘极的尘埃带正电荷

B.电场方向由集尘极指向放电极

C.带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同

D.同一位置带电量越多的尘埃所受电场力越大

5.一个带有绝缘座的空心金属球壳A带有4×10-8

C的正电荷,有绝缘柄的金属小球B带有2×10-8

C的负电荷,使B球与球壳A内壁接触.如图所示,则A、B所带电荷量分别为(

)

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

6.如图所示,在原来不带电的金属杆ab附近P处,放置一个正点电荷,达到静电平衡后

(

)

A.a端的电势比b端的高

B.b端的电势比d点的低

C.a端的电势不一定比d点的低

学案设计 D.杆内c处电场方向由c指向b

7.如图所示,四组静电实验中,能使左边的验电器的金属箔张开的是(

)

8.电工穿的高压作业服是用铜丝编织的,下列说法正确的是(

)

A.铜丝编织的衣服不容易拉破,所以用铜丝编织衣服

B.电工被铜丝编织的衣服所包裹,使体内电势保持为零,对人体起保护作用

C.电工被铜丝编织的衣服所包裹,使体内电场强度保持为零,对人体起保护作用

D.铜丝必须达到一定的厚度,才能对人体起到保护作用

9.如图所示,两个点电荷A和B,电荷量分别为q1=-9.0×10-9

C,q2=2.7×10-8

C,彼此相距r=6

cm,在其连线中点处放一半径为1

cm的金属球壳,求球壳上感应电荷在球心O处产生的电场强度.

参考答

案自主探究

1.对放入其中的电荷有力的作用

2.金属导体中原子由原子核和电子组成,离原子核较远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动,成为自由电子,失去这种电子的原子便成为带正电的离子

学案设计 3.呈电中性状态的金属导体放入静电场中,导体内自由电子便会因受到与电场强度方向相反的电场力的作用而向电场强度的反方向定向移动.两端出现不同的电荷分布

4.导体两面出现的正负电荷会在导体内部产生与原电场E0方向相反的感应电场E.这两个电场叠加,使导体内部的电场减弱

5.所带电荷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

6.可以应用到避雷针上

7.静电除尘,静电复印,静电喷漆

8.静电产生的火花能引起火灾,如油罐、纺织厂、危险制品等地方都必须避免静电

合作探究

一、静电平衡状态导体的电场

1.E内=0

2.①处于静电平衡状态下的导体,内部的电场强度处处为零

②处于静电平衡状态的整个导体是个等势体,它的表面是个等势面

③导体外表面处任一点的电场线方向跟该点的表面垂直

二、导体上的电荷分布

1.导体内部没有电荷,电荷只分布在导体的表面

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)越大,凹陷的位置几乎没有电荷

三、尖端放电

1.所带电荷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;这相当于导体从尖端失去电荷

学案设计 2.避雷针

四、静电屏蔽

(2)静电复印、静电除尘、静电纺纱.

【例题】当达到静电平衡后,导体棒内部电场强度为零,即棒内中点处产生的电场强度为零.

【练习与提高】小球和球壳内表面均不带电,正电荷只分布在球壳外表面.

课堂检测

1.D

解析:导体处于静电平衡,导体内部不是没有电场,而是外电场与感应电荷产生的电场的合电场强度为零,但两电场强度仍然存在,故选项A错;对于选项B,不能说没有电荷,净电荷只分布在外表面上,自由电子和正电荷仍存在,只是显中性,故选项B错;对于选项C,导体内部的电荷(电子与正电荷)的热运动仍然存在,故选项C错.

2.AB

解析:飞机在飞行中与空气摩擦时,飞机外表面聚集了大量静电荷,降落时会对地面人员带来危害及火灾隐患,因此飞机降落时要及时导走机身聚集的静电,采取的措施是在轮胎上安装地线或用导电橡胶制造轮胎;在印染工作车间也同样容易产生静电,静电会给车间带来火灾隐患,为防止火灾发生,其中安全措施之一就是使车间保持湿度,从而通过湿润的空气及时导走静电;在复印图片时,需要应用静电;电工钳柄装有绝缘套是防止导电,保护电工的安全.

3.ABD

解析:静电平衡状态下的导体内部电场强度为零,且内表面不带电,故选项A、D正确;由于导体接地,故整个导体的电势为零,B正确.

4.BD

解析:放电极吸附尘埃使尘埃带负电,受力与电场方向相反,选项A、C错,选项B、D正确.

5.B

解析:根据接触带电原理和静电平衡条件知,正负电荷先中和,剩余电荷只能分布在

学案设计 导体外表面,故选项B正确,选项A、C、D错误.

6.B

解析:首先画出电场线(如图所示),沿电场线方向电势降低,b端电势比d点低,选项B正确;金属杆ab静电平衡后是一个等势体,a端电势等于b端电势,也比d点低,选项A、C均错误;静电平衡后的导体内部电场强度为零,选项D错误.

7.A

解析:处于静电平衡下的导体所带的电荷分布在导体的外表面,故A操作正确、B、C操作错误;D中由于静电屏蔽的作用,验电器不受外电场的影响,故D项错误.

8.C

解析:当人体直接处于强大电场之中时,很容易由于静电感应而被电到.但若被铜丝编织的衣服所包裹,当达到静电平衡时,铜丝衣服的屏蔽作用使人体内电场强度保持为零,对人体起保护作用.

9.解析:由于球壳达到静电平衡后各点的电场强度为零,故感应电荷在球心O处产生的电场强度与q1和q2在O处电场强度的矢量和等大反向,设由O指向B方向为电场强度正方向,即E=E感+E1+E2=0

则E感=-(E1+E2)=-[

-]

N/C=3.6×105N/C,方向由O指向B.

=-[-

- -

-

-

答案:3.6×105

N/C,方向由O指向B.