1、4.静电的防止与利用,必备知识,自我检测,一、静电平衡1.静电平衡:金属导体放到电场中,导体内的自由电子在静电力作用下,将向着与电场相反的方向定向移动。在导体的两个侧面上将出现正负电荷,直到导体内部各点的电场强度E=0,导体内的自由电子不再发生定向移动,这时导体达到静电平衡。2.导体两面出现的正负电荷在导体内部产生的电场E与外加电场E0的方向相反,当这两个电场叠加使导体内部各点的合电场强度等于0时,导体内的自由电子不再发生定向移动,导体达到了静电平衡状态。处于静电平衡状态的导体,内部的电场强度处处为0。,必备知识,自我检测,二、尖端放电1.静电平衡的导体上的电荷分布特点:(1)导体内部没有净剩
2、电荷,电荷只分布在导体的外表面;(2)在导体表面,越尖锐的位置电荷的密度(单位面积的电荷量)越大。2.空气的电离:导体尖端的电荷密度很大,附近的电场很强的地方,空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈运动,并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离。3.尖端放电现象:空气电离形成的与导体尖端电荷符号相反的电荷,由于被尖端电荷吸引而奔向尖端,与尖端的电荷中和,这相当于导体从尖端失去电荷,这种现象叫尖端放电。4.尖端放电的应用与防止:避雷针应用尖端放电原理;高压设备中的导体表面尽量光滑是为了防止尖端放电。,必备知识,自我检测,三、静电屏蔽1.静电屏蔽:金属壳达到静电平衡时,其内部电场强度保
3、持为0,外部电场对壳内的仪器不会产生影响。金属壳的这种作用叫静电屏蔽。2.应用高压输电线的上方有两条导线,它们与大地相连,形成一个稀疏的金属网,把高压线屏蔽起来,免遭雷击。四、静电吸附1.在电场中,带电粒子受到静电力的作用向着电极运动,最后被吸附在电极上。2.应用:静电除尘,静电喷漆,静电复印。,必备知识,自我检测,1.正误判断。(1)静电平衡时,导体内的自由电子不再定向移动。()解析:静电平衡时,导体内部电场强度为零,自由电子不再定向移动。答案:(2)静电平衡时导体内部电场强度为零。()解析:静电平衡时,导体内部感应电荷的电场与原电场叠加,合电场强度为零。答案:2.用反证法说明静电平衡状态的
4、导体内部电场强度处处为零。答案:如果静电平衡时导体内部的电场强度不为0,那么自由电子就要在静电力的作用下做定向移动,那就不是静电平衡状态了。,探究一,探究二,随堂检测,静电平衡 情景导引如图所示,把一个不带电的金属导体放到电场中,导体内的自由电子将发生定向移动,从而使导体两端出现等量异种电荷。请思考下列问题:,(1)自由电子定向移动的原因是什么?定向移动的方向如何?(2)自由电子能否一直定向移动?为什么?,探究一,探究二,随堂检测,要点提示:(1)自由电子受外加电场的静电力作用而移动,向着与电场相反的方向定向移动。(2)不能。感应电荷产生的电场与外加电场反向,阻碍电子的定向移动,当这两个电场大
5、小相等时,电子的定向移动终止。,探究一,探究二,随堂检测,知识归纳1.静电平衡:金属导体放到电场中,导体内的自由电子在静电力作用下,将向着与电场相反的方向定向移动。在导体的两个侧面上将出现正负电荷。导体两个侧面出现的正负感应电荷在导体内部产生的附加电场E与外加电场E0的方向相反,附加电场阻碍自由电子的定向移动,只要外电场电场强度大于附加电场电场强度,自由电子的定向移动就会继续进行,导体两个侧面的感应电荷就会进一步增加,附加电场就会进一步增强,当这两个电场叠加使导体内部各点的合电场强度等于0时,导体内的自由电子不再发生定向移动,导体达到了静电平衡。,探究一,探究二,随堂检测,2.处于静电平衡状态
6、的导体,内部的电场强度处处为0。3.处于静电平衡的导体电荷只分布在导体的外表面,导体内部没有净剩电荷。形状不规则的导体外表面,电荷分布不均匀,电场强度也不相等。越尖锐的位置,电荷的密度越大,周围的电场强度越大。4.一个孤立的带电导体,在自身所带电荷的电场中,处于静电平衡状态,具有静电平衡的所有特点。,探究一,探究二,随堂检测,实例引导例1如图所示,把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中,导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是()A.导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度B.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA=EBC.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EAEBD.当
7、开关S闭合时,电子从大地沿导线向导体移动,解析:枕形导体在点电荷附近,出现静电感应现象,导致电荷重新分布,因此在枕形导体内部出现感应电荷的电场与点电荷的电场叠加,静电平衡时,导体内部电场强度处处为零,A错误;导体内部的电场强度处处为零,所以感应电荷产生的附加电场强度的大小与点电荷产生的电场强度的大小相等,方向相反,故EAEB,B、C错误;当开关S闭合时,电子从大地沿导线向导体移动,中和导体B端多余的正电荷,D正确。答案:D,探究一,探究二,随堂检测,规律方法 求解感应电荷的电场强度的方法转化为外电场的电场强度导体处于静电平衡时,内部电场强度处处为零,即感应电荷的电场与外电场的电场强度的矢量和为
8、零。即在导体内任一点,感应电荷的电场强度与外电场的电场强度大小相等、方向相反。据此,只要求出外电场的电场强度,也就求出了感应电荷的电场强度。,探究一,探究二,随堂检测,变式训练一金属球,原来不带电。现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN,如图所示。金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的电场强度大小分别为Ea、Eb、Ec,三者相比()A.Ea最大B.Eb最大C.Ec最大D.Ea=Eb=Ec,探究一,探究二,随堂检测,解析:处于静电平衡的导体内部电场强度处处为零,故a、b、c三点的电场强度都为零。静电平衡的导体内部电场强度为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果,所以感应电
9、荷在球内某点产生的电场的电场强度与MN在这一点形成的电场的电场强度等大反向,比较a、b、c三点感应电场的电场强度,实质上是比较带电体MN的电场在这三点的电场强度,由于c点离MN最近,故MN的电场在c点的电场强度最大,感应电荷电场在c点的电场强度也最大,故C对。答案:C,探究一,探究二,随堂检测,尖端放电和静电屏蔽情景导引1.避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施,其原理是什么?2.静电屏蔽是怎样起到屏蔽作用的?要点提示:1.当带电的雷雨云接近建筑物时,由于静电感应,金属棒出现与云层相反的电荷。通过尖端放电,这些电荷不断向大气释放,中和空气中的电荷,使建筑物避免雷击。2.处于静电平衡状态的导体
10、内部电场强度处处为零,即使导体壳外有电场,由于壳内电场强度保持为0,外电场对壳内的物体不会产生影响。,探究一,探究二,随堂检测,知识归纳1.尖端放电:导体尖端电荷密度大,周围的电场强度大,把周围的空气电离,带电粒子在强电场的作用下加速撞击空气中的其他分子使它们进一步电离,所带电荷与导体尖端电性相反的粒子被吸引而奔向尖端与尖端上的电荷中和。2.静电屏蔽(1)静电屏蔽的实质:静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象,使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零,好像是金属壳将外电场“挡”在外面,即所谓的屏蔽作用,其实是壳内两种电场并存,矢量和为零而已。,探究一,探究二,随堂检测,(2)静电屏蔽的两种情况
11、导体外部的电场影响不到导体内部如图,把验电器靠近带电体,箔片会张开,但如果把验电器置于金属网罩内,再靠近带电体,箔片不再张开,说明网罩内不受外电场的影响。,探究一,探究二,随堂检测,接地导体的内部电场影响不到导体外部如图,如果一封闭的导体球壳内部空间有一点电荷+q。由于静电感应,导体球壳内外表面感应出等量的异种电荷,其电场线分布如图甲所示;当把导体球壳接地后,+q在壳内的电场对外部空间就没有影响了,此时的电场线分布如图乙所示。,画龙点睛 金属罩中放导体,外来电场能屏蔽,内生电场外屏蔽,定是金属罩接地,仪器戴上金属罩,高压作业穿金衣。,探究一,探究二,随堂检测,例2下列实验中,验电器的金属箔片会
12、张开的是。,解析:A中不会张开,金属网可以屏蔽外电场。B中会张开,因为金属网未接地,网内的带电体可以对外界产生影响。C中不会张开,因为金属网已接地,网内的带电体对网外无影响,网外的带电体对网内也无影响。答案:B,探究一,探究二,随堂检测,1.一个带电的金属球,当它带的电荷量增加后(稳定),其内部的电场强度()A.一定增强B.不变C.一定减弱D.可能增强,也可能减弱解析:孤立带电金属球处于静电平衡,则内部电场强度为零,电荷量增加,瞬间再次达到静电平衡,使电场强度仍为零。答案:B,探究一,探究二,随堂检测,2.如图所示,将一个带正电的小球Q放在本身不带电的枕形导体AB靠近A端一侧,由于静电感应,枕
13、形导体的A、B两端分别出现“-”“+”感应电荷。则以下说法中正确的是()A.A端接一下地,导体将带正电荷B.A端接一下地,导体将带负电荷C.导体上的感应电荷在导体内部产生的电场方向与小球Q在同位置产生的电场方向相同D.导体上的感应电荷在导体内部产生的电场强度为零,解析:将枕形导体接地,则枕形导体带负电,故A项错,B项对;导体上的感应电荷在导体内部产生的电场方向与小球Q在同位置产生的电场方向相反,故C项错;小球Q和枕形导体的感应电荷在枕形导体内部的合电场强度为零,故D项错。答案:B,探究一,探究二,随堂检测,3.如图所示为空腔球形导体(不带电),现将一个带正电的小金属球放入腔内,静电平衡时,图中A、B、C三点的电场强度E的关系是()A.EAEBEC B.EA=EBECC.EA=EB=EC D.EAECEB,解析:画出系统静电平衡后,空腔导体上感应电荷与导体内外的电场线的分布图如图所示,从图中可以看出:EAEBEC(C点在导体内部合电场强度为零)。答案:A,