山东省德州市武城二中高二实验班物理必威体育精装版精品学案 1.7静电现象的应用（教师版）（人教版选修3-1）.docVIP

第7节　静电现象的应用 1．静电平衡状态 (1)概念：导体内的自由电子不发生定向移动时，导体就达到了静电平衡状态． (2)静电平衡状态导体的特征 处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零． 处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任一点场强方向与该点的所在表面垂直． 静电平衡状态下的导体是个等势体． 处于静电平衡状态的导体内部没有净电荷，净电荷只能分布在导体外表面上． 2．尖端放电 (1)达到静电平衡时，导体表面越尖的地方，电荷分布的密集度越大． (2)尖端放电：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，使周围中性空气分子电离成正负离子，那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子被吸引到尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷，这种现象叫做尖端放电． (3)应用与防止 应用举例：避雷针；防止举例：高压输电设备的表面尽量做得光滑，避免放电． 3．对于处在静电平衡状态的导体，以下说法中正确的是(　　) A．导体内部既无正电荷，又无负电荷 B．导体内部和外表面处的电场均为零 C．导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和为零 D．导体内部电场为零是外加电场与感应电荷产生的电场叠加的结果 答案　D 解析　导体处于静电平衡状态时，其内部无净电荷，即其正、负电荷总量相等，电荷量为零.其表面处有净电荷，以至于该处电场不为零． 4．一个带电金属球，当它带的电荷量增加后(稳定)，其内部场强(　　) A．一定增加 B．一定减弱 C．可能增加也可能减弱 D. 不变 答案　D 【概念规律练】 知识点一　感应电荷产生的场强的计算 1. 如图所示，长为l的导体棒水平放置，原来不带电，现将一带电荷量为＋q的点电荷放在距离棒左端R处，当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒的中点处产生的场强等于多少？方向如何？答案　kq/(R＋)2　方向水平向左 解析　导体棒在点电荷＋q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电荷，棒中任一点都有两个电场，即外电场——＋q在该点形成的电场E，感应电场——棒上感应电荷在该点形成的电场E′，达到静电平衡时E＝E′.题中所求的即为E′，于是我们转化为求E.棒的中点距离＋q为r＝R＋l/2，于是E′＝E＝，E和E′方向相反，水平向左． 2. 如图所示，点电荷A和B带电荷量分别为3.0×10－8 C和－2.4×10－8 C，彼此相距6 cm.若在两点电荷连线中点O处放一个半径为1 cm 的金属球壳，求球壳感应电荷在该中点处产生的电场强度．答案　5.4×105 N/C　方向由O指向A 解析　＋q1在O点的场强大小为E1＝k＝3×105 N/C，方向由O指向B；－q2在O点的场强大小为E2＝k＝2.4×105 N/C，方向由O指向B；设感应电荷在O点的场强为E3，由静电平衡条件知E3＝E1＋E2＝5.4×105 N/C，方向由O指向A. 点评　处于静电平衡状态的导体，其内部场强为零，即外加电场与感应电荷的电场场强大小相等，方向相反，因此只需求出外加电场的场强，便可求得感应电荷产生的场强． 知识点二　静电平衡状态电势特点与电荷分布规律 3. 如图所示，水平放置的金属板正上方放有一固定的正点电荷Q，一表面绝缘的带正电小球(可视为质点且不影响Q的电场)，从左端以初速度v0滑上金属板，沿光滑的上表面向右运动到右端，在该运动过程中(　　)A．小球做匀速直线运动 B．小球先做减速运动，后做加速运动 C．小球的电势能保持不变 D．静电力对小球所做的功为零 答案　ACD 解析　由于金属板处于点电荷Q形成的电场中，达到静电平衡后，金属板的上表面是一个等势面，表面上电场线是垂直向下的，所以小球受到重力、支持力、向下的电场力，合力为零，故小球做匀速直线运动．电场力对小球不做功．选A、C、D. 点评　静电平衡状态下的导体是一个等势体，其外表面是一个等势面，因而在其表面上电场线与表面垂直． 4．如图4所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B.下列实验方法中能使验电器箔片张开的是(　　) A．用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触 B．用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触 C．用绝缘导线把验电器跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒与B的内壁接触 D．使验电器A靠近B 答案　BCD 解析　在A选项中先和B的内壁接触后，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开；而B项中可以使C球带电，从而使A球带电；C项中用绝缘导线实际上将验电器和B连成了一个导体，A球因接触而带电；D项中是感应起电．所以B、C、D项正确． 点评　处于静电平衡状态的导体，其电荷只能分布在导体的外表面上．因为导体内部的场强处处为零，导体内部就不可能有未被抵消的电荷．假如内部某处有静电荷，在它附近的场强就不可能为零． 知识