资源简介

静电的防止与利用
预习案
预习目标
1.知道导体放入电场后会发生静电感应。
2.知道静电平衡的概念。
3.知道尖端放电在生活中的应用。
预习内容
预习教材18~19页，思考下列问题：
1.什么是静电平衡？
2.尖端放电有哪些应用？
预习检测
1.（多选）关于静电平衡，下列说法中正确的是( )
A．当导体达到静电平衡时，导体上任意两点间的电势一定相等
B．当导体达到静电平衡时，其外表面附近的电场方向一定与导体的表面垂直
C．绝缘体也有静电平衡状态
D．达到静电平衡时，电荷分布在导体的外表面
2.思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
①处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零．( )
②静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，导体的电势也为零。( )
③避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地。（ ）
探究案
学习目标
1.掌握静电感应与静电平衡的概念。
2.掌握静电平衡的特征。
3.掌握尖端放电的原理及应用。
课堂探究
考点一：静电平衡
把一个不带电的金属导体ABCD放到电场强度为E0的电场中，在导体AB侧的平面上将感应出负电荷，在CD侧的平面上将感应出正电荷。
①导体中自由电荷在电场力作用下将发生定向移动。
②导体两端出现感应电荷,感应电荷在导体中中产生反方向的附加场。
③感应电荷的电场增到与外电场相等时，导体内合场强为零。自由电荷的定向移动停止。
④静电平衡：导体中无电荷定向移动的状态,就叫静电平衡状态。
发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场E’和原电场E在导体内叠加为零，即E’=E时，自由电子停止定向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。
处于静电平衡状态的导体，内部的电场强度处处为零
典例精析
带正电的空心金属球壳置于绝缘支架上，将4个原来不带电的金属小球按图示位置放置，A球用绝缘轻绳竖直悬挂，B球接地，C球用导线与球壳内部相连，D球与球壳内部接触．设大地电势为零，当达到静电平衡时，下列说法正确的是（　　）
A．由于静电感应，A球带负电，电势为正
B．B球接地不带电，电势为零
C．C球带正电，电势与球壳电势相等
D．D球带正电，电势为零
变式训练
如图所示，A是带正电的球，B为不带电的导体，A、B均放在绝缘支架上，M、N是导体B中的两点。以无限远处为电势零点，当导体B达到静电平衡后，说法错误的是（　　）
A．M、N两点电场强度大小关系为EM=EN=0
B．M、N两点电势高低关系为φM=φN
C．M、N两点电势高低关系为φM＞φN＞0
D．感应电荷在M、N两点产生的电场强度EM′＞EN′
考点二：尖端放电
静电平衡时导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。
处于静电平衡状态的导体，在导体的外表面越尖锐的位置，电荷的密度越大（即单位面积电荷量多），周围的场强越大。
导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞散，即使分子中的正负电荷分离，这个现象叫做空气的电离。
那些所带电荷与导体尖端的电荷相反的粒子，由于吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷，这个现象叫做尖端放电。
避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。
一个或几个尖锐的金属棒,安装在建筑物的顶端,用粗导线与埋在地下的金属板连接,保持与大地的良好接触。
典例精析
下列设备或做法中，利用了尖端放电原理的是（　　）
A．白炽灯
B．安装在燃气灶上的电子点火器的电极做成针尖状
C．静电除尘
D．给飞机加油时，要把油箱与大地用电缆连接起来
变式训练
干燥的冬季，小明伸手去开自来水龙头，感觉被“电”了一下，缩回了手．下列说法正确的是（　　）
A．一定是小明家的电器漏电了，使水管带了电
B．可能是小明身上摩擦起了电，电荷在他手指尖分布较密，发生了尖端放电
C．小明一定是碰到水龙头才被电到的
D．如果小明立刻再伸手去碰水龙头，一定还会被电到
随堂检测
1.避雷针的工作原理是（　　）
A．库仑定律 B．静电平衡 C．尖端放电 D．静电屏蔽
2.如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下叙说法正确的是（　　）
A．A、B两点场强相等，且都为零
B．A、B两点的场强不相等
C．B点电势比A点高
D．A点电势比B点高
3.如图带电体Q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷，在静电平衡后，下列物理量中不等于零的是（　　）
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
4.一个不带电的金属球，置于外电场中处于静电平衡时，下列说法中错误的是（　　）
A．金属球的内部可能有的地方场强不为零
B．金属球内部任意一点的场强一定为零
C．金属球内部不再有电荷移动
D．金属球内部各处的电势相等
5.关于避雷针的说法不正确的是（　　）
A．避雷针的物理原理就是尖端放电
B．避雷针的尖端安装在建筑物的顶部，并通过金属线与埋在地下的金属板相连
C．避雷针通过尖端放电使云中的电荷完全消失
D．避雷针可保护建筑物，使建筑物免遭雷击
本课小结
一、静电平衡
发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附加电场E’和原电场E在导体内叠加为零，即E’=E时，自由电子停止定向移动，这时导体所处的状态叫静电平衡状态。
二、尖端放电
参考答案
预习检测
ABD
√ × ×
课堂探究
考点一
典例精析
【答案】C
【解析】A、由于静电感应，A球的左右两端带上不同的电荷，但整体不带电。故A错误；
B、由于静电感应，B球带负电，但电势和大地的电势相等，为零。故B错误；
C、C球在金属球壳的外部，会带上与球壳相同的电荷。故C正确；
D、D球在球壳的内部，与球壳接触后成为球壳内部的一部分，所以D不带电。故D错误。
变式训练
【答案】C
【解析】AD、M、N两点的场强为A与B上感应电荷在这两处的场强之和，合场强大小为零，而导体球在M、N两点产生的场强不同，故B上感应电荷在M、N两点产生的电场强度不相等，根据点电荷电场，可知，离A越远的，电场强度越小，则感应电荷在M、N两点产生的电场强度EM′＞EN′，故AD正确；
BC、处于静电平衡的导体，其整体是等势体，故φM=φN，故B正确，C错误。
考点二
典例精析
【答案】B
【解析】A．白炽灯利用电流做功转化为内能，然后发光，不是利用尖端放电原理，故A错误；
B．安装在燃气灶上的电子点火器的电极做成针尖状，符合题意，故B正确；
C．静电除尘时除尘器中的空气被电离，烟雾颗粒吸附电子而带负电，颗粒向电源正极运动，不是利用尖端放电原理，故C错误；
D．给飞机轮上装搭地线，要把飞机与大地用电缆连接起来，为了把产生的静电导走，不是利用尖端放电原理，故D错误。
变式训练
【答案】B
【解析】由题意可知，脱掉外衣时，出现摩擦起电现象，当伸手去开自来水龙头，使产生的大量静电导走，从而出现放电现象，所以感觉被“电”了一下，故B正确，ACD错误。
随堂检测
1．C
【解析】当带电云层靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，中和云中的电荷，使建筑物免遭雷击。其原理为尖端放电。
2．A
【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，正好与点电荷的电场叠加，静电平衡时内部电场强度处处为零，电势处处相等，故A正确，BCD错误。
3． C
【解析】A、由于静电屏蔽作用，导体的外壳就会对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响。所以导体腔内任意点的场强为零。所以A错误。
B、导体的外壳接地，整个导体腔是大地的远端，可以看作无穷远处，电势为0，而这是个等势体。于是导体腔内任意点的电势都为零。所以B错误。
C、+Q将大地的负电荷吸引到外表面，因为球壳上的电荷相互排斥，所以只能外表面有电荷。所以C正确，D错误。
4．A
【解析】A、球处于静电平衡状态，同一个导体为等势体，所以内部的场强处处为零。故A错误。
B、达到静电平衡后，金属球为等势体，所以内部的场强处处为零，故B正确；
C、由于球处于静电平衡状态，所以内部的场强为零，即正电荷和感应电荷在内部产生的合场强为零，金属球内部不再有电荷移动，故CD正确。
5．A
【解析】避雷针避雷是中和云层中的异种电荷，及时消除云层与地面的电势差；
避雷针避雷是将云层中积聚的电荷导入大地，或者将大地的负电荷与其中和；
可保护建筑物，使建筑物免遭雷击，表面积越小，越是尖锐的物体，越容易放电，因此避雷针做成尖形的，更容易发挥作用，但不是尖端放电现象；故A错误，BCD正确。

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