2024年暑假高一物理（人教版2019必修三）新授04 静电的防止与利用 解析版.docxVIP

新授04静电的防止与利用

一．静电平衡

1．静电平衡的实质

金属导体放到场强为E0的电场中，导体中的自由电子在静电力作用下定向移动，导致导体一侧聚集负电荷，而另一侧聚集正电荷，感应电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场，导致合场强减小。当感应电荷继续增加，合场强逐渐减小，直到合场强为零时，自由电荷的定向移动停止。

2．对静电平衡的三点理解

(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发生定向移动。

(2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。

(3)导体达到静电平衡后内部场强处处为零，是指外电场E0与导体两端的感应电荷产生的电场E′的合场强为零，E′＝－E0。

【对点练1】如图所示，P为均匀带正电球体，四分之一圆弧形金属板靠近带电球体，圆弧的圆心与球心重合，金属板接地，稳定时，下列判断正确的是（????）

A．仅在A点有感应的负电荷 B．仅在B点有感应的负电荷

C．AB圆弧面有感应的负电荷 D．CD圆弧面有感应的正电荷

【答案】C

【详解】ABC．AB圆弧面为近端，感应出负电荷，故A、B错误，C正确；

D．由于金属板接地，CD圆弧面没有感应电荷，故D错误。

故选C。

【巩固练1】如图所示是一个金属杆，原来不带电．现在沿着杆的轴线方向放置一个点电荷Q.金属杆达到静电平衡状态，杆上感应电荷产生的电场在轴线上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比（????）

??

A．EaEbEc B．EaEbEc

C．EaEb=Ec D．Ea=EbEc

【答案】B

【详解】处于静电平衡状态的导体，内部的合场强处处为零。感应电荷在导体内某点的场强的大小应等于点电荷在这一点产生的场强的大小，方向应相反。显然点电荷Q在a、b、c三点产生的场强，是c点最大，a点最小，所以感应电荷的电场也是在c点场强最大，a点最小。

故选B。

二．尖端放电与静电屏蔽

1．处于静电平衡的导体上电荷的分布

(1)导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。若导体为空腔，则电荷只分布在外表面，内表面无电荷。

(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，周围的电场强度越大。

拓展：(1)孤立的带电导体处于静电平衡状态时，其内部没有净剩电荷，内部电场强度为0。

(2)处于静电平衡状态的导体，其外表面任一点的电场强度方向必定跟该点处表面的切面垂直(否则该处的电荷会移动，不处于静电平衡状态)。

2．尖端放电

利用导体表面电荷分布的特点，尖端的强电场使空气电离，中和尖端的电荷的现象。避雷针是这一现象的应用。越尖锐越易放电，故高压设备上的金属元件表面要尽量光滑，避免尖端放电。

3．静电屏蔽的实质

静电屏蔽的实质是静电平衡。金属壳内的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。

4．静电屏蔽的两种情况

静电外屏蔽

静电内屏蔽

图示

实现过程

因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷的电场在空腔内的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用

当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用

最终结论

导体空腔内不受外界电场影响

接地导体空腔外部不受内部电场影响

本质

静电感应与静电平衡

5.静电屏蔽的应用和防止

(1)应用：为了防止外界信号的干扰，静电屏蔽被广泛地应用于科学技术工作中。许多电子仪器外面都套着金属罩；通讯电缆外面包着一层铅皮；高压带电作业人员穿金属网衣；又如电话线从高压线下经过，为了防止高压线对电话线的影响，在高压线与电话线之间装一金属网等，这些都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。

(2)防止：静电屏蔽也可带来不利的影响。如通讯工具在钢筋结构建筑中接收信号较弱；宇宙飞船返回地球大气层时，与大气层高速摩擦，在飞船周围形成一层等离子体，对飞船产生静电屏蔽作用，导致飞船和地面控制中心的通信联络暂时中断。

【对点练2】如图用金属网把验电器罩起来，使带电金属球靠近验电器，下列有关此实验现象的描述或解释正确的是（）

A．验电器的金属球因静电感应而带负电荷 B．验电器的金属箔片会因排斥而张开

C．整个金属网会因为静电感应而带负电荷 D．箔片不张开因为金属网内场强为0

【答案】D

【详解】ABD．根据静电屏蔽原理可知，由于金属网的静电屏蔽使得金属网内场强为0，验电器的金属球不带电，验电器的金属箔片不张开，故AB错误，D正确；

C．根据静电感应原理可知，金属网上靠近带正电金属球的近端带负电，远离带正电金属球的远端带正电，故C错误；

故选D。

【巩固练2-1】武当山主峰上有一座金殿，常出现雷火炼殿的奇观：在雷雨交加时，屋顶常会出现盆大的火球，来回滚动。雨过天晴时，大殿屋顶金光灿灿，像被