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静电现象的应用
一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布
1.静电平衡状态：导体中(包括表面上) 的状态.
2.静电平衡状态的特征：
(1)处于静电平衡状态的导体，内部的电场 .
(2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面 .
(3)处于静电平衡状态的整个导体是个 ，导体的表面为 .
3.导体上电荷的分布：
(1)导体 没有电荷，电荷只分布在导体的 .
(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) ，______的位置几乎没有电荷.
二、尖端放电和静电屏蔽
1.空气的电离：导体尖端电荷 很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，使分子中的正负电荷 的现象.
2.尖端放电：与导体尖端异号的粒子，由于被 ，而与尖端上电荷 ，相当于导体从尖端 的现象.
尖端放电的应用与防止：
(1)应用： 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 会减少电能的损失.
3.静电屏蔽：金属壳(网)内电场强度保持为 ，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响的作用叫做 .
静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连.
考点一 静电平衡状态下的导体的电场
1.静电感应现象
将一不带电的金属导体ABCD放到场强为E。的电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下向电场线的反方向移动，使导体的一侧聚集负电荷，导体另一侧聚集等量的正电荷，这种现象就是静电感应现象
2.静电平衡状态
（1）定义：处于静电场中的导体，当导体内部的自由电荷不再发生定向移动时，我们说导体达到了静电平衡状态.
（2）原因：导体在外电场的作用下，两端出现感应电荷，感应电荷产生的电场和外电场共同的作用效果，使得导体内部的自由电荷不再定向移动.（导体内部自由电荷杂乱无章的热运动仍然存在着）
（3）条件
导体内部各点的合场强为零.
（4）特点
①处于静电平衡状态的导体，内部的电场处处为零.
②处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直
③处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表而是个等势面。
【例题】如图所示，带负电的点电荷旁有一接地大金属板，A为金属板内的一点，B为金属板左侧外表面上的一点，下列关于金属板上感应电荷在A点和B点的场强方向判断正确的是(　　)
A.感应电荷在A点的场强沿E1方向 B.感应电荷在A点的场强沿E2方向
C.感应电荷在B点的场强可能沿E3方向 D.感应电荷在B点的场强可能沿E4方向
考点二 静电平衡状态下的导体的电荷分布
静电平衡时，导体上的电荷分布有：
(1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷.
(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图甲所示.
(3)净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示.
【例题】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，如图所示.当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于 ，方向为 .
考点三 尖端放电
1.空气的电离
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”，也就是使分子中的正、负电荷分离，这个现象叫做空气的电离.
2.尖端放电
中性分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子.
这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子.那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷，这个现象叫做尖端放电.
3.尖端放电的应用和防止
（1）应用：避雷针是利用尖端放电避免建筑物遭受雷击的设备，另外燃气灶中的电子打火器的放电电极做成针状，加上电压时更容易产生电火花，
（2）防止：高压设备中导体的表面要尽量光滑.
考点四 静电屏蔽
1.静电屏蔽
导体壳（金属网罩）能保护它所包围的区域，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。
2.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。
3.静电屏蔽的两种情况
（1）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。
（2）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。
3.静电屏蔽的应用和危害
（1）为防止外界电场的干扰，有些电子设备的外面套有金属壳，通信电缆的外层包有一-层金属线来进行静电屏蔽.
（2）静电屏板也可带来不利的影响，如航天飞机、飞船返回地球大气层时，由于飞船高速运动，与大气层摩擦产生高温，在飞船的周围形成一层等离子体，它对飞船产生静电屏蔽作用，导致地面控制中心与飞船的通信联系暂时中断对航天员来说，这是一个危险较大的时间段。
【例题】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的左端带负电，A不偏左也不偏右
1.如图所示，将两不带电的绝缘导体AB、CD放在带负电的导体Q的附近，达到静电平衡状态后，下列说法正确的是（ ）
A.用导线连接A、B两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由A到B
B.用导线连接A、C两端，连通瞬间没有电流通过导线
C.用导线连接A、D两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由A到D
D.用导线连接B、C两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由C到B
2.如图所示，一导体球A带有正电荷，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度的大小为EA.在A球球心与P点连线上有一带负电的点电荷B，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度大小为EB.当A、B同时存在时，根据电场强度叠加原理，P点的电场强度大小应为（ ）
A.EB B.EA＋EB C.|EA－EB| D.以上说法都不对
3.如图所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并与内壁接触，其结果是（ ）
A.只有球壳外表面带正电 B.只有球壳内表面带正电
C.球壳的内、外表面都带正电 D.球壳的内表面带正电，外表面带负电
4.避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是（ ）
A.云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地
B.避雷针的尖端向云层放电，中和了云层中的电荷
C.云层与避雷针发生摩擦，避雷针上产生的电荷被导入大地
D.以上说法都不对
5.每到夏季，我省各地纷纷进入雨季，雷雨等强对流天气频繁发生.当我们遇到雷雨天气时，一定要注意避防雷电.下列说法正确的是（ ）
①不宜使用无防雷措施的电器或防雷措施不足的电器及水龙头
②不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙，远离带电设备
③固定电话和手提电话均可正常使用
④在旷野，应远离树木和电线杆
A.①②③ B.①②④
C.①③④ D.②③④
6.处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，利用此原理可以进行静电除尘.如图所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极相连，在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香.转动手摇起电机，蚊香放出的烟雾会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升.关于这个现象，下列说法中正确的是（ ）
A.烟尘因为带正电而被吸附到缝被针上
B.同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小
C.同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大
D.同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电量不变，离铝板越近则加速度越大
7.如图所示，一个带正电的粒子先后分别沿1、2、3、4条不同路径到达同一带负电的导体上(导体与地绝缘)，电场力对该带电粒子做功分别为W1、W2、W3和W4，则它们间的关系正确的是（ ）
A.W1＞W2＞W3＞W4 B.W1＞W2＝W3＞W4
C.W1＜W2＝W3＜W4 D.W1＝W2＝W3＝W4
8.(多选)图为静电除尘原理的示意图，尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的，下列表述正确的是（ ）
A.到达集尘极的尘埃带正电荷
B.电场方向由集尘极指向放电极
C.带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同
D.同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大
9.(1)如图在静电计上装一个几乎封闭的空心金属球C(仅在上端开有小孔)，D是带有绝缘柄的带正电的小球，仅仅将小球D靠近C，静电计的指针会张开吗？如果会张开，金属球C带何种电荷？
(2)将D迅速地与C的内表面和外表面接触，指针都会张开吗？如果会张开，金属球C带何种电荷？
10.如图所示，在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，它们相距为l，如果在两点电荷连线的中点O有一个半径为r(2r一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布
1.静电平衡状态：导体中(包括表面上) 的状态.
2.静电平衡状态的特征：
(1)处于静电平衡状态的导体，内部的电场 .
(2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面 .
(3)处于静电平衡状态的整个导体是个 ，导体的表面为 .
3.导体上电荷的分布：
(1)导体 没有电荷，电荷只分布在导体的 .
(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) ，______的位置几乎没有电荷.
二、尖端放电和静电屏蔽
1.空气的电离：导体尖端电荷 很大，附近的电场很强，强电场作用下的带电粒子剧烈运动，使分子中的正负电荷 的现象.
2.尖端放电：与导体尖端异号的粒子，由于被 ，而与尖端上电荷 ，相当于导体从尖端 的现象.
尖端放电的应用与防止：
(1)应用： 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 会减少电能的损失.
3.静电屏蔽：金属壳(网)内电场强度保持为 ，外电场对壳(网)内的仪器不会产生影响的作用叫做 .
静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连.
答案：没有电荷定向移动 处处为0 垂直 等势体 等势面 内部 表面 越大 凹陷 密度 分离 吸引 中和 失去电荷 避雷针 光滑 0 静电屏蔽
考点一 静电平衡状态下的导体的电场
1.静电感应现象
将一不带电的金属导体ABCD放到场强为E。的电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下向电场线的反方向移动，使导体的一侧聚集负电荷，导体另一侧聚集等量的正电荷，这种现象就是静电感应现象
2.静电平衡状态
（1）定义：处于静电场中的导体，当导体内部的自由电荷不再发生定向移动时，我们说导体达到了静电平衡状态.
（2）原因：导体在外电场的作用下，两端出现感应电荷，感应电荷产生的电场和外电场共同的作用效果，使得导体内部的自由电荷不再定向移动.（导体内部自由电荷杂乱无章的热运动仍然存在着）
（3）条件
导体内部各点的合场强为零.
（4）特点
①处于静电平衡状态的导体，内部的电场处处为零.
②处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的表面垂直
③处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表而是个等势面。
【例题】如图所示，带负电的点电荷旁有一接地大金属板，A为金属板内的一点，B为金属板左侧外表面上的一点，下列关于金属板上感应电荷在A点和B点的场强方向判断正确的是(　　)
A.感应电荷在A点的场强沿E1方向 B.感应电荷在A点的场强沿E2方向
C.感应电荷在B点的场强可能沿E3方向 D.感应电荷在B点的场强可能沿E4方向
【答案】BC
考点二 静电平衡状态下的导体的电荷分布
静电平衡时，导体上的电荷分布有：
(1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷.
(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，如图甲所示.
(3)净电荷在导体表面的分布不均匀，一般越是尖锐的地方电荷的分布越密集，如图乙所示.
【例题】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，如图所示.当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点P处产生的电场强度大小等于 ，方向为 .
【答案】 向左
考点三 尖端放电
1.空气的电离
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”，也就是使分子中的正、负电荷分离，这个现象叫做空气的电离.
2.尖端放电
中性分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子.
这些带电粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子.那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷，这个现象叫做尖端放电.
3.尖端放电的应用和防止
（1）应用：避雷针是利用尖端放电避免建筑物遭受雷击的设备，另外燃气灶中的电子打火器的放电电极做成针状，加上电压时更容易产生电火花，
（2）防止：高压设备中导体的表面要尽量光滑.
考点四 静电屏蔽
1.静电屏蔽
导体壳（金属网罩）能保护它所包围的区域，使这个区域不受外电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽。
2.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。
3.静电屏蔽的两种情况
（1）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。
（2）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。
3.静电屏蔽的应用和危害
（1）为防止外界电场的干扰，有些电子设备的外面套有金属壳，通信电缆的外层包有一-层金属线来进行静电屏蔽.
（2）静电屏板也可带来不利的影响，如航天飞机、飞船返回地球大气层时，由于飞船高速运动，与大气层摩擦产生高温，在飞船的周围形成一层等离子体，它对飞船产生静电屏蔽作用，导致地面控制中心与飞船的通信联系暂时中断对航天员来说，这是一个危险较大的时间段。
【例题】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的左端带负电，A不偏左也不偏右
【答案】BD
1.如图所示，将两不带电的绝缘导体AB、CD放在带负电的导体Q的附近，达到静电平衡状态后，下列说法正确的是（ ）
A.用导线连接A、B两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由A到B
B.用导线连接A、C两端，连通瞬间没有电流通过导线
C.用导线连接A、D两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由A到D
D.用导线连接B、C两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由C到B
【答案】D
【解析】根据静电感应规律可以判断枕形导体A端带正电荷，B端带负电荷.处于静电平衡的导体是等势体，用导线连接A、B两端，连通瞬间没有电流通过导线，故A错误；根据沿着电场线的方向，电势降低可知，导体AB的电势低于CD的电势，当用导线连接A、C两端，连通瞬间有电子从AB流向CD，有电流通过导线，故B错误；处于静电平衡的整个导体是等势体，AB的电势低于CD的电势，当用导线连接A、D两端时，电子从A流向D，导线中电流方向由D到A；当用导线连接B、C两端时，导线中电子从B流向C，连通瞬间有电流通过导线，方向由C到B，故C错误，D正确.
2.如图所示，一导体球A带有正电荷，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度的大小为EA.在A球球心与P点连线上有一带负电的点电荷B，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度大小为EB.当A、B同时存在时，根据电场强度叠加原理，P点的电场强度大小应为（ ）
A.EB B.EA＋EB C.|EA－EB| D.以上说法都不对
【答案】D
【解析】当把点电荷放在B点后，虽然导体球所带的总电荷量未变，但因静电感应，导体球上的电荷将重新分布，直到达到静电平衡.这时，导体球上的电荷在P点产生的电场强度EA′不等于EA.由于点电荷不涉及电荷如何分布的问题，它在P点产生的电场强度与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为EB，当点电荷与导体球A同时存在时，P点的电场强度应由EA′与EB叠加而成，而不是由EA与EB叠加.这样对电场强度叠加原理的理解准确了，就能立即断定A、B、C三个选项都是不对的.答案为D.
3.如图所示，把一个带正电的小球放入原来不带电的金属空腔球壳内并与内壁接触，其结果是（ ）
A.只有球壳外表面带正电 B.只有球壳内表面带正电
C.球壳的内、外表面都带正电 D.球壳的内表面带正电，外表面带负电
【答案】A
【解析】小球与金属球壳接触，就成了一个导体，由于静电平衡导体的电荷只分布在外表面上，故小球和内壁都不带电，正电荷全部分布在球壳外表面.
4.避雷针能够避免建筑物被雷击的原因是（ ）
A.云层中带的电荷被避雷针通过导线导入大地
B.避雷针的尖端向云层放电，中和了云层中的电荷
C.云层与避雷针发生摩擦，避雷针上产生的电荷被导入大地
D.以上说法都不对
【答案】B
【解析】带电荷的云层靠近避雷针时，在避雷针尖端感应出与云层相反的电荷，达到一定程度就向空中放电，中和云层中的电荷，从而避免遭受雷击，所以只有B正确.
5.每到夏季，我省各地纷纷进入雨季，雷雨等强对流天气频繁发生.当我们遇到雷雨天气时，一定要注意避防雷电.下列说法正确的是（ ）
①不宜使用无防雷措施的电器或防雷措施不足的电器及水龙头
②不要接触天线、金属门窗、建筑物外墙，远离带电设备
③固定电话和手提电话均可正常使用
④在旷野，应远离树木和电线杆
A.①②③ B.①②④
C.①③④ D.②③④
【答案】B
【解析】表面具有突出尖端的导体，在尖端处的电荷分布密度很大，使得其周围电场很强，就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电.固定电话和手提电话的天线处有尖端，易引发尖端放电造成人体伤害，故不能使用.
6.处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，利用此原理可以进行静电除尘.如图所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极相连，在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香.转动手摇起电机，蚊香放出的烟雾会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升.关于这个现象，下列说法中正确的是（ ）
A.烟尘因为带正电而被吸附到缝被针上
B.同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小
C.同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大
D.同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电量不变，离铝板越近则加速度越大
【答案】C
【解析】负离子在电场力的作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电.因此，带电尘粒在电场力的作用下，向铝板运动，被吸附到铝板上，故A错误；烟尘向铝板运动时，在电场力作用下做加速运动，所以离铝板越近速度越大，故B错误，C正确；根据针尖端的电场线密集，同一颗粒离铝板越近则加速度越小，故D错误.
7.如图所示，一个带正电的粒子先后分别沿1、2、3、4条不同路径到达同一带负电的导体上(导体与地绝缘)，电场力对该带电粒子做功分别为W1、W2、W3和W4，则它们间的关系正确的是（ ）
A.W1＞W2＞W3＞W4 B.W1＞W2＝W3＞W4
C.W1＜W2＝W3＜W4 D.W1＝W2＝W3＝W4
【答案】D
【解析】带负电的导体上表面是个等势体，在四个过程，始末两点的位置电势相同，电场力做功的值只跟始末两点的位置的电势差有关，而和所经过的路径的形状完全无关.所以W1＝W2＝W3＝W4.故选D.
8.(多选)图为静电除尘原理的示意图，尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘目的，下列表述正确的是（ ）
A.到达集尘极的尘埃带正电荷
B.电场方向由集尘极指向放电极
C.带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同
D.同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大
【答案】BD
9.(1)如图在静电计上装一个几乎封闭的空心金属球C(仅在上端开有小孔)，D是带有绝缘柄的带正电的小球，仅仅将小球D靠近C，静电计的指针会张开吗？如果会张开，金属球C带何种电荷？
(2)将D迅速地与C的内表面和外表面接触，指针都会张开吗？如果会张开，金属球C带何种电荷？
【答案】(1)会　负电荷　(2)会　正电荷
【解析】(1)根据静电感应知识可知，带电体靠近导体，导体近端感应异种电荷，远端感应同种电荷，则静电计的指针会张开，金属球C带负电荷.
(2)根据导体处于静电平衡状态，净电荷分布在外表面可知，D与C的内表面接触和与C的外表面接触，指针都会张开，金属球带正电荷.
10.如图所示，在真空中有两个点电荷A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，它们相距为l，如果在两点电荷连线的中点O有一个半径为r(2r【答案】　沿AB连线指向B
【解析】先求点电荷A、B在O点产生的电场强度，E0＝k＋k＝，方向沿AB连线指向A.静电平衡后，球壳内部电场强度处处为0，说明感应电荷在O点产生的电场强度E′与E0大小相等、方向相反.即E′＝E0＝，方向沿AB连线指向B.

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