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第九章 静电场及其应用
课时9.4 静电的防止与利用
1.知道什么是静电平衡状态，能说出处于静电平衡状态的导体的特征。
2.知道静电平衡状态下电荷的分布规律。
3.了解尖端放电、静电屏蔽现象及其应用，了解静电吸附的原理及其应用。
4.了解生产、生活中静电的利用与防止。
一、静电平衡
1．静电感应现象：放入电场中的导体，由于静电感应，在导体的两侧出现感应电荷的现象。
2．静电平衡状态：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。
3．导体内部电场强度特点：内部的电场强度处处为0。
二、尖端放电
1．电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场强度很大，空气中的带电粒子剧烈运动，从而使空气分子被撞“散”而使空气分子中的正、负电荷分离的现象。
2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。
3．尖端放电的应用与防止
(1)应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
(2)防止：高压设备中导体的表面尽量光滑，减少电能的损失。
三、静电屏蔽
1．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场处处为零，外电场对壳内不会产生影响。
2．静电屏蔽的应用
(1)把电学仪器放在封闭的金属壳里。
(2)野外三条输电线上方架设两条导线，与大地相连，把输电线屏蔽起来。
四、静电吸附
1．静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极被收集起来。
2．静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。
3．静电复印的工作过程
(1)充电：通过电源使有机光导体鼓带上正电。
(2)曝光：利用光学系统将原稿上字迹的像成在有机光导体鼓上，有字迹的地方保留正电荷。
(3)显影：带负电的墨粉被吸附在字迹成像处，显示出墨粉组成的字迹。
(4)转印：带正电的转印电极使白纸带上正电，带正电的白纸与有机光导体鼓表面墨粉组成的字迹接触，将带负电的墨粉吸附在白纸上。
(5)放电：使有机光导体放电，除去表面的残余电荷。
基础过关练
题组一　静电平衡
1.当导体达到静电平衡时，下列说法正确的是 (　　)　　　　　 　　　　　 　　　　　
A.外部电场消失
B.感应电荷产生的附加电场的场强为零
C.导体内部的合场强为零
D.导体表面和内部的合场强均为零
2.如图，长为L的导体棒原来不带电，现将一带电荷量为Q的点电荷放在距棒左端R处，当导体棒达到静电平衡后，下列说法正确的是 (　　)
A.棒中的场强为0
B.棒中的场强不为0
C.整个导体棒带同种电荷
D.导体棒内有多余的电荷
题组二　尖端放电
3.(2020广东新丰一中高二期中)在高大的建筑物上安装避雷针的目的是 (　　)
A.通过尖端放电中和云层中的电荷
B.避免放电现象的发生
C.直接导走云层中的电荷
D.增加电荷在建筑物上的积累
4.如图所示是模拟避雷针作用的实验装置，金属板M、N间有两个等高的金属体A、B，A为尖头、B为圆头。将金属板M、N接在高压电源上，逐渐升高电源电压，将首先观察到 (　　)
A.A放电
B.B放电
C.A、B一起放电
D.A、B之间放电
题组三　静电屏蔽
5.有一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是下图中的 (　　)
6.如图所示，用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则下面关于验电器箔片的说法正确的是 (　　)
A.箔片张开
B.箔片不张开
C.带电金属球电量足够大时箔片才会张开
D.箔片张开的原因是金属网感应带电产生电场
7.如图所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入球壳内，但不与B发生接触，达到静电平衡后，则 (　　)
A.B的空腔内电场强度为零 B.B不带电
C.B的外表面带正电 D.B的内表面带负电
题组四　静电吸附
8.如图是静电除尘装置示意图，装置的外壁连接高压电源的正极，中间的金属丝连接负极。将混浊气体通入该装置时，气体中的粉尘会不断向筒壁积累，最后在重力作用下坠落在筒底。在该装置除尘的过程中，下列说法不正确的是 (　　)
A.粉尘由于吸附作用而带上正电荷
B.粉尘由于吸附了电子而带上负电荷
C.带电粉尘在静电力作用下飞向筒壁
D.筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场
9.下列关于静电喷漆的说法中正确的是 (　　)
A.当油漆从喷枪喷出时，油漆微粒带正电，物体也带正电，相互排斥而扩散开来
B.当油漆从喷枪喷出时，油漆微粒带负电，物体也带负电，相互排斥而扩散开来
C.从喷枪喷出的油漆微粒带负电，微粒相互排斥而扩散开来，被吸附在带正电的物体上
D.因为油漆微粒相互排斥而扩散开来，所以静电喷漆虽喷漆均匀但浪费油漆
能力提升练
题组一　静电平衡
　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.()如图所示，接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电荷量为Q，到球心的距离为r，则该金属球上感应电荷在球心O处产生的场强等于 (　　)
A.k-k B.k+k
C.0 D.k
2.()长为l的导体棒原来不带电，P1、P2是位于棒上的两点，位置如图所示。现将一电荷量为+q的点电荷放在距棒右端r处，达到静电平衡后，棒上感应电荷在P1处产生的场强大小为E1，在P2处产生的场强大小为E2。则以下说法正确的是 (　　)
A.E1=E2=0
B.E1≠0，E2=0
C.0D.E1>E2>0，方向均向左
3.()如图所示，一个原来不带电的半径为r的金属球放在绝缘支架上，在其左侧放置一个电荷量为+Q的点电荷，点电荷到金属球左端的距离为2r。
(1)求点电荷在金属球球心O点处产生的场强大小E。
(2)求金属球上感应电荷在球心O点处产生的场强大小E'，并说明方向。深度解析
题组二　静电感应和静电屏蔽的理解
4.()如图所示，将悬在绝缘细线上带正电的小球A放在不带电的金属空心球壳B内(与内壁不接触)，外加一个水平向右的场强为E的匀强电场，对于最后的结果，下列判断正确的是 (　　)
A.B的右端带正电，A向左偏
B.B的右端带正电，A不偏左也不偏右
C.B的左端带正电，A向右偏
D.B的左端带正电，A不偏左也不偏右
5.()如图所示，有两个相同的空心金属球M和N，M带电荷量为-Q，N不带电(M、N相距很远，互不影响)，旁边各放一个不带电的金属球P和R，当将带正电Q的小球分别放入M和N的空腔中时 (　　)
A.P、R上均有感应电荷
B.P、R上均没有感应电荷
C.P上有而R上没有感应电荷
D.P上没有而R上有感应电荷
6.()(多选)如图所示，金属球壳A带有正电，其上方有一小孔a，静电计B的金属球b通过导线与金属小球c相连。以下判断中正确的是(深度解析)
A.将c移近A，但不与A接触，B指针会张开一定角度
B.将c与A外表面接触后移开A，B指针会张开一定角度
C.将c与A内表面接触时，B指针不会张开一定角度
D.将c从导线上解下，然后用绝缘细绳吊着从A上小孔放入A内，并与其内壁接触，再提出空腔，与b接触，B指针会张开一定角度
答案全解全析
4　静电的防止与利用
基础过关练
1.C　导体处于静电平衡状态时，在导体内部任意一点，感应电荷产生的电场的场强与外部电场的场强大小相等，方向相反，此时导体内部的场强处处为0，电荷只分布在导体的外表面，选项A、B、D错误，C正确。
方法技巧　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电场强度处处为零，是指外电场与导体两侧的感应电荷产生的电场的合电场强度为零。
2.A　处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零，选项A正确，B错误；由于静电感应，导体棒的左右两端会带上异种电荷，选项C错误；静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，选项D错误。
3.A　避雷针利用了尖端放电的原理，在发生雷电时，避雷针上产生的感应电荷通过尖端放电，中和了云层中的电荷，可以使建筑物免遭雷击，选项A正确，B、C、D错误。
4.A　在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，其附近的电场强度越大，越容易使空气电离，从而产生放电现象。A为尖头，当逐渐增大电压时，A先放电，选项A正确，B、C、D错误。
5.B　把正电荷放在空心金属球球心处，由于静电感应，在球壳的内壁感应出负电荷，在球壳的外壁感应出正电荷，所以在金属球壳的内、外壁之间，由于正电荷的电场和感应电荷的电场的共同作用，其电场强度为零，所以在金属球壳的内、外壁之间没有电场线，在球壳外部电场线的方向是向外的，选项B正确，A、C、D错误。
6.B　根据静电屏蔽原理可知，用金属网把验电器罩起来后，金属网内电场强度保持为0，外电场对网内的验电器不会产生影响，故使带电金属球靠近验电器，箔片不会张开，B正确，A、C、D错误。
误区警示　封闭导体壳内部电场不受壳外电荷或电场影响。封闭导体壳不论接地与否，内部电场都不受壳外电荷影响。接地封闭导体壳外部电场不受壳内电荷的影响。
7.D　因为金属壳的外表面接地，所以外表面没有感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，由于A带正电，B的内表面带负电，D正确，B、C错误；B的空腔内有带正电的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，所以空腔内电场强度不为零，A错误。
导师点睛　判断导体上电荷分布的三个技巧
(1)处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在其外表面；
(2)不规则的孤立导体表面电荷分布不均匀；
(3)导体弯曲程度大(尖端)的位置电荷密集，弯曲程度小(平滑端)的位置电荷稀少。
8.A　装置的外壁连接高压电源的正极，中间的金属丝连接负极，则筒壁与中间金属丝之间存在强大的静电场，粉尘向筒壁积累，可知粉尘吸附电子后带上负电荷，在静电力作用下飞向筒壁，选项A说法错误，B、C、D说法正确。
9.C　喷枪喷出的油漆微粒带负电，因相互排斥而散开，形成雾状，被喷涂的物体带正电，对雾状油漆产生吸引力，把油漆吸到其表面，从而减少了浪费，选项C正确，A、B、D错误。
能力提升练
1.D　处于静电平衡状态的导体内部场强为0是外加电场和感应电荷电场叠加的结果，即金属球上感应电荷在某点产生的场强与球外点电荷在该点产生的场强大小相等，即E感=k，而方向相反，合场强为0。故选D。
2.C　处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零，则有：E1-=0，E2-=0，联立可得03.答案　(1)k
(2)k，方向向左
解析　(1)点电荷到金属球球心的距离为3r，根据点电荷场强公式E=k，
可知点电荷在金属球球心O点处产生的场强大小为E=k，方向向右。
(2)根据静电平衡知识可知O点场强为零，即感应电荷在O点产生的场强与点电荷在O点产生的场强大小相等、方向相反，所以E'=E=k，方向向左。
方法技巧　求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的场强的方法
(1)运用E=k求出外电场场强E外的大小和方向；
(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡条件E合=0；
(3)由E外+E感=0求出感应电荷产生的场强E感的大小和方向。
4.B　在B的外部加一个水平向右的场强为E的匀强电场，B中的电子受到静电力的作用，将向左运动，所以B的左侧将带负电，右侧带正电，由此产生一个附加电场，对外部的电场起到屏蔽作用，所以B内部的A不受外部电场的影响，所以A不偏左也不偏右，选项B正确，A、C、D错误。
5.D　把带正电Q的小球放入原来不带电的N的空腔内时，N中电子被带正电的小球吸引到内表面，内表面带负电，外表面剩余了正电荷，外表面带正电，R处于电场中，出现静电感应现象，从而导致R上有感应电荷出现。将带正电Q的小球放入带电荷量为-Q的M的空腔内，因同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，正、负电荷的电荷量相等，则金属球壳外表面没有多余电荷，则P处没有电场，所以P上没有感应电荷，选项A、B、C错误，D正确。
6.AB　把c逐渐从远处向A移近过程中，由于静电感应，B的指针张开，选项A正确；把c与A的外表面接触，则c带正电，导致B的指针张开，选项B正确；把c与A的内表面接触，静电平衡后，电荷只分布在导体外表面，静电计可视为导体外表面，则B指针会张开，选项C错误。D选项中，c与A内壁接触时，由于静电屏蔽，小球c不会带电，故再与b接触时，B的指针不会张开一定角度，选项D错误。
导师点睛　静电屏蔽的两种情况
(1)外屏蔽：不接地的导体壳内部不受外界影响，如图甲所示。
(2)全屏蔽：接地导体壳外部不受内部电荷影响，内部也不受外部电场的影响，如图乙所示。

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