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第4节　静电的防止与利用
学习目标　1.知道什么是静电平衡状态,理解处于静电平衡状态的导体的特性。2.知道什么是静电屏蔽及其有关应用。3.了解静电吸附原理及其应用。
知识点一　静电平衡　尖端放电
如图所示,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,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
提示　(1)自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动,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,当这两个电场大小相等时,电子的定向移动终止。
1.静电平衡
(1)静电平衡:导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。
(2)处于静电平衡状态的导体,其内部的电场强度处处为0,即外电场E0和感应电荷产生的电场E'的关系为E0=-E'。
(3)导体上电荷的分布
①静电平衡时,导体内部没有净电荷(未被抵消的电荷),电荷只分布在导体的外表面。
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,凹陷的位置几乎没有电荷。
(4)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跟该点的表面垂直。
2.尖端放电
(1)空气的电离:在一定条件下,导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动,并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离的现象。
(2)尖端放电: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。
(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应该尽量光滑,减少电能的损失。
(4)处于静电平衡的导体周围的电场分布情况
电场线与导体表面垂直。静电平衡的导体尖端电荷集中,电荷电场线密集。
【思考】
1.验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状,原因是什么
提示　验电器的金属杆上端固定一个金属球,传到验电器上的电荷会向尖端聚集,而不会使金属小球上聚集很多电荷,这是为了防止尖端放电。
2.判断正误
(1)静电平衡时,导体内部不再有电荷的定向移动。(√)
(2)一个孤立的带电体,在自身所带电荷的电场中,处于静电平衡状态,不具有静电平衡的特点。(×)
(3)为了美观,通常把避雷针顶端设计成球形。(×)
(4)为了避免因尖端放电而损失电能,高压输电导线表面要尽量光滑。(√)
角度1　对静电平衡的理解
例1 (2026·内蒙古呼和浩特高二月考)如图所示,导体棒原来不带电,将电荷量为Q的正点电荷放在棒左侧O处,当棒达到静电平衡后,棒上的感应电荷在棒内A点处产生的电场强度为E1。下列说法正确的是(　　)
A.E1的大小与电荷量Q成正比
B.E1的方向沿OA连线向右
C.在导体棒内部,离O点越远电场强度越小
D.在O点放置电荷量为2Q的点电荷,A点的电场强度为2E1
答案　A
解析　导体棒达到静电平衡后,棒上感应电荷在棒内A点处产生的电场强度大小与一带电荷量为Q的点电荷在该处产生的电场强度大小相等,方向相反,则有E1=,正点电荷在A点产生的电场强度方向向右,则E1的方向沿OA连线向左,故A正确,B错误;导体棒达到静电平衡后,棒内电场强度处处为0,故C错误;在O点放置电荷量为2Q的点电荷,导体棒达到静电平衡后,棒内电场强度处处为0,故D错误。
总结提升
感应电荷产生的电场的电场强度的求解方法
(1)确定外电场的电场强度E外的大小和方向。
(2)由于导体处于静电平衡状态,则满足静电平衡的条件E合=0。
(3)由E外+E感=0,求出感应电场的电场强度E感的大小和方向。
角度2　处于静电平衡的导体的电荷分布
例2 一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10-8 C的正电荷,上端开有适当小孔,绝缘柄的金属小球B带有2×10-8 C的负电荷,使B球和A球内壁接触,如图所示,则A、B带电荷量分别为(　　)
A.QA=1×10-8 C　QB=1×10-8 C
B.QA=2×10-8 C　QB=0
C.QA=0　QB=2×10-8 C
D.QA=4×10-8 C　QB=-2×10-8 C
答案　B
解析　B球与A球内壁接触后成为一个新的导体,处于静电平衡状态,内部的电荷量为零,带电导体的电荷只能分布于导体的外表面,故QB=0,QA=4×10-8 C-2×10-8 C=2×10-8 C,B正确。
总结提升
处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点
(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)净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷分布密集,平滑处电荷分布稀疏,凹陷处几乎没有电荷,如图乙所示。
角度3　尖端放电
例3 (多选)(2026·河南商丘高二月考)如图所示是闪电击中广州塔的画面,广州塔的尖顶是一避雷针,雷雨天气时,底端带负电的云层经过避雷针上方时,避雷针尖端放电形成瞬间强电流,乌云所带的负电荷经避雷针导入大地,在此过程中,下列说法正确的是(　　)
A.云层靠近避雷针时,针尖感应出负电荷
B.云层靠近避雷针时,针尖感应出正电荷
C.避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施
D.避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度小
答案　BC
解析　根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,可知云层靠近避雷针时,针尖感应出正电荷,故A错误,B正确;避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施,故C正确;由于电荷更容易集中到尖端,因此避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度大,故D错误。
知识点二　静电屏蔽
1.定义:导体壳(或金属壳)内达到静电平衡后,外电场对内部不会产生影响,金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。
2.实质:实质是利用了静电感应现象,使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的电场强度矢量和为零。
3.应用:(1)生活中有很多对静电屏蔽的应用,以此来保护壳内仪器不受外加电场影响。例如:电子仪器外部加装金属壳,通信电缆外面包有一层金属网,高压线路检修人员要穿屏蔽服。
(2)静电屏蔽不一定要用密封的金属容器,金属网也能起到屏蔽的作用,在野外的高压输电线的三条输电线上方还有两条导线,它们的作用就是与大地相连形成一个稀疏的金属“网”,以此来保护高压输电线不受雷击。
例4 (2026·河南周口高二月考)下列关于静电屏蔽实验的说法正确的是(　　)
A.甲图中验电器的金属箔张开
B.乙图中验电器的金属箔不会张开
C.丙图中验电器的金属箔不会张开
D.甲、乙、丙三图中验电器的金属箔都张开
答案　C
解析　题图甲中金属网达到静电平衡后,外部电场对内部不会产生影响,内部电场强度为零,金属箔不会张开,金属网屏蔽了外电场,故A、D错误;题图乙中金属网未接地,网内的带电体在金属网内侧感应出负电荷,金属网外侧产生等量的正电荷,正电荷在金属网外侧有电场,对外界产生影响,所以验电器的金属箔会张开,故B错误;题图丙中金属网已接地,网外没有感应电荷,外部没有感应电场,金属箔不会张开,故C正确。
总结提升　静电屏蔽的两种情况
导体外部电场不影响导体内部 接地导体内部的电场不影响导体外部
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产生的电场在空腔内的合电场强度为零,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为零,外部电场消失,起到屏蔽内电场的作用
最终 结论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响
本质 静电感应与静电平衡
知识点三　静电吸附
1.静电吸附
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的现象。
2.静电除尘
设法使空气中的尘埃带电,在静电力作用下,尘埃到达电极而被收集起来的过程。
3.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,并沉积在工件表面。
4.静电复印
复印机应用了静电吸附,复印机的有机光导体鼓表面涂覆有机光导体(OPC),没有光照时,OPC是绝缘体,受到光照时变成导体。
【思考】
1.静电是如何产生的
提示　两种不同的物体相互摩擦可以起电,甚至干燥的空气与衣物摩擦也会起电。摩擦起的电在能导电的物体上可迅速流失,而在不导电的绝缘体(如化纤、毛织物等物体)上就不会流失而形成静电,聚集并达到一定的电压时就产生放电现象,产生火花并发出声响。
2.静电有哪些应用以及怎样防止
提示　(1)静电的应用
利用静电的性质 应用举例
利用静电能 吸引轻小物体 静电复印、静电喷漆、静电喷雾、激光打印、静电除尘
利用高压产生的电场 静电保鲜、静电灭菌、农作物种子处理
利用放电产生物 臭氧防止紫外线、氮合成氨
(2)静电的防止
防止静电危害的基本办法是尽快把产生的静电导走,避免越积越多。
防止静电的途径主要有:
①避免产生静电,例如,在可能情况下选用不易产生静电的材料。
②避免静电的积累,产生的静电要设法导走,例如,增加空气湿度、接地等。
例5 (多选)如图所示为静电除尘示意图,在M、N两点间加高压电源时,金属管内的空气被电离,电离出的电子在静电力的作用下运动,遇到烟气中的煤粉,使煤粉带负电荷,因而煤粉被吸附到管壁上,排出的烟就清洁了。就此示意图,下列说法正确的是(　　)
A.N接电源的正极 B.M接电源的正极
C.电场强度EB>EA D.电场强度EB答案　AC
解析　电子附着在煤粉上,使煤粉带上负电荷,煤粉若能吸附在管壁上,说明管壁带正电荷,因此可知N接电源正极,A正确,B错误;金属棒与金属管可看成圆柱电极与圆环电极,电场线分布情况如图所示。由图可知金属棒附近的B点处电场线较密,而靠近金属管壁的A点处电场线较疏,故B处的电场强度比A处的电场强度大,即EB>EA,C正确,D错误。
训练 (多选)(2026·浙江金华高二期末)如图是某款家用空气净化器及其原理示意图,污浊空气通过过滤网后尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极,集尘极a、c、e接电源正极(接地)。下列说法正确的是(　　)
A.通过过滤网后空气中的尘埃带负电
B.尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大
C.c、d两个电极之间的电场方向竖直向上
D.尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做负功
答案　AB
解析　尘埃通过过滤网后被正极吸引,所以尘埃带负电,故A正确;尘埃在被吸附到集尘极e的过程中电场力做正功,动能增大,故B正确;因为充电极b、d接电源负极,集尘极a、c、e接电源正极,所以 c、d两个电极之间的电场方向竖直向下,故C错误;尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做正功,故D错误。
随堂对点自测
1.(静电平衡)如图所示,较厚的空腔球形导体壳中有一个正点电荷,则图中a、b、c、d各点的电场强度大小关系为(　　)
A.Ea>Eb>Ec>Ed B.Ea>Ec=Ed>Eb
C.Ea>Ec>Ed>Eb D.Ea答案　C
解析　当处于静电平衡状态时,空腔球形导体壳内壁感应出负电荷,外壁感应出正电荷,感应电荷形成的电场与点电荷形成的电场叠加,导致空腔球形导体壳中电场强度为零。画出电场线的大致分布如图所示。由于a处电场线较密,c处电场线较疏,d处电场线最疏,b处电场强度为零,则Ea>Ec>Ed>Eb,C正确。
2.(静电的利用与防止)(多选)从生活走向物理,从物理走向社会,物理和生活息息相关,下列有关电磁学知识的相关说法正确的是(　　)
A.图甲中家用煤气灶点火装置的针形放电电极,利用了尖端放电的工作原理
B.图乙中是避雷针的示意图,避雷针防止建筑物被雷击的原理是尖端放电原理
C.图丙中超高压带电作业的工作人员,为了保证他们的安全,他们必须穿上橡胶制成的绝缘衣服
D.图丁为静电喷漆的示意图,静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相同的电荷,这样使油漆在静电斥力作用下喷涂更均匀
答案　AB
解析　家用煤气灶点火装置的针形放电电极,利用了尖端放电的工作原理,A正确;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,逐渐中和云中的电荷,使建筑物免遭雷击,其原理为尖端放电,B正确;超高压带电作业的工作人员,为了保证他们的安全,他们必须穿上金属丝制成的衣服,以起到静电屏蔽的作用,C错误;静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相反的电荷,这样使油漆在静电引力作用下喷涂更均匀,D错误。
3.(静电屏蔽) (多选)如图所示,绝缘金属球壳的空腔内有一带电小球,现在球壳左侧放一带电小球A,下列说法正确的是(　　)
A.A球不影响球壳内的电场
B.由于静电屏蔽,球壳内没有电场
C.球壳内外表面均没有电荷
D.由于球壳接地,空腔内的电场对外部也没有影响
答案　AD
解析　由于金属球壳接地,对内外电场都有屏蔽作用,故A、D正确;球壳外表面没有电荷,因为空腔内有带电体,所以空腔内有电场,球壳内表面有感应电荷,故B、C错误。
4.(静电吸附)如图所示,为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电,在静电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
B.电场方向由放电极指向集尘极
C.带电尘埃所受静电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静电力越大
答案　D
解析　集尘极接电源的正极,尘埃在静电力作用下向集尘极迁移并沉积,说明尘埃带负电,A错误;由于集尘极与电源的正极连接,电场方向由集尘极指向放电极,B错误;负电荷在电场中受静电力的方向与电场方向相反,C错误;根据F=qE可知,同一位置带电荷量越多的尘埃所受静电力越大,D正确。
基础对点练
题组一　静电平衡　尖端放电
1.在点电荷-Q的电场中,一金属圆盘处于静电平衡状态,若圆盘平面与点电荷在同一平面内,则关于盘上感应电荷在盘中P点所激发的电场强度E'的方向,下列图中正确的是(　　)
答案　A
解析　金属圆盘处于静电平衡状态,内部每点的合电场强度都为零,即导体内的每一点,感应电荷产生的电场强度都与点电荷-Q在该点产生的电场强度大小相等、方向相反,点电荷-Q的电场强度方向指向点电荷,所以感应电荷产生的电场强度方向背离负点电荷,A正确,B、C、D错误。
2.(多选)如图所示,在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B。下列实验方法中能使验电器箔片张开的是(　　)
A.用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触
B.用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触
C.用绝缘导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连,再把取电棒C与B的内壁接触
D.使验电器A靠近B
答案　BCD
解析　A项中取电棒先和B的内壁接触后,由于B的内壁本身没有电荷,所以再接触A时验电器箔片不张开;B项中取电棒C跟B的外壁接触后可以使取电棒C带电,再跟A接触,可使A带电;C项中实际上是将验电器A和B连成了一个导体,A在外面,可使验电器带电;D项是感应起电,可使验电器箔片张开,故B、C、D项正确。
3.(多选)下列应用与防护属于尖端放电现象的是(　　)
A.一般高压设备中导体的表面尽量光滑
B.一般马路表面建造的很平滑
C.夜间高压线周围会出现一层绿色光晕
D.一般高楼大厦顶部装有避雷针
答案　CD
解析　导体表面光滑不属于尖端放电;马路表面建造的很平滑与尖端放电无关,C、D属于尖端放电现象,故C、D正确。
4.(多选)(2026·江西南昌二中高二月考)如图所示,在左边的绝缘支架上插上顶针(其顶端是尖的),在顶针上装上金属风针,若给风针附近的圆形金属板接上正高压极,风针接负高压极,风针尖端放电会使其旋转起来,下列说法正确的是(　　)
A.风针尖端附近的电场线分布较密
B.风针附近的空气在强电场下发生电离
C.空气中的阳离子会向风针的尖端运动
D.交换金属板与风针所带电荷电性,风针的尖端会有正电荷射出
答案　ABC
解析　在导体外表面,越尖锐的位置电荷的密度越大,附近的电场越强,所以风针尖端附近的电场线分布较密,故A正确;风针附近的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,即发生电离,故B正确;因为风针接负高压极,所以空气中的阳离子会向风针的尖端运动,故C正确;交换金属板与风针所带电荷电性,风针的尖端不会有正电荷射出,因为正电荷固定在金属原子核内,故D错误。
题组二　静电屏蔽
5.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
答案　D
解析　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,且由于A带正电,B的内表面带负电,D正确,B、C错误;B的空腔内带正电的小球A与金属壳内表面感应电荷之间产生电场,所以空腔内电场强度不为零,A错误。
6.如图所示,A为空心金属球,B为金属球,A、B原来不带电,将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央,不接触A球,然后用手接触一下A球,再用手接触一下B球,再移走C球,则(　　)
A.A球带负电荷,B球带正电荷
B.A球带负电荷,B球不带电
C.A、B两球都带负电荷
D.A、B两球都带正电荷
答案　B
解析　首先带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央,根据静电感应现象可知,A球内表面带负电荷,外表面带正电荷。用手接触A球相当于把A球接地,由大地传导过来的电子与A球外表面正电荷中和,使A球外表面不带电,此时A球对内起静电屏蔽作用,A球内的电场不影响外部。用手接触B时,无电荷移动,B球不带电。当带正电荷的C球从A球内移走后,A球内表面所带的负电荷移至外表面,所以此时A球带负电荷,故B正确。
题组三　静电吸附
7.为了防止静电的危害,应尽快把产生的静电导走,下列措施中不是防止静电危害的是(　　)
A.油罐车后面装一条拖地的铁链
B.电工钳柄上套有绝缘胶套
C.飞机轮上装搭地线
D.印刷车间中保持适当的湿度
答案　B
解析　油罐车在运输过程中,油与油罐桶壁不断的相互摩擦起电,从而产生大量的静电,通过后面装一条拖地的铁链,及时将静电导走,防止静电危害;电工钳柄上套有绝缘胶套,在带电操作时,防止触电,所以不是防止静电危害的;飞机在飞行时,飞机与空气摩擦产生大量的静电,所以飞机着地时通过搭地线,将静电及时导走,防止静电危害;印刷车间中,纸张间摩擦产生大量静电,由于有一定的湿度,能及时将产生的静电导走,防止静电危害,故B正确。
8.(多选)静电的应用有多种,如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等,它们依据的原理都是让带电的物质粒子在电场力作用下奔向并吸附到电极上,静电喷涂的原理如图所示,则以下说法正确的是(　　)
A.在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场
B.涂料微粒一定带正电
C.涂料微粒一定带负电
D.涂料微粒可以带正电,也可以带负电
答案　AC
解析　静电喷涂的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上,而达到喷涂的目的,A正确;由题图知,待喷漆工件带正电,所以涂料微粒应带负电,C正确,B、D错误。
综合提升练
9.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荷量不变,离铝板越近则加速度越大
答案　C
解析　在铝板和缝被针中间形成强电场,处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子,烟尘吸附电子带负电,而被吸附到铝板上,选项A错误;由于静电力做正功,同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大,选项B错误,C正确;由于离铝板越近,电场强度越小,同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变,离铝板越近则加速度越小,选项D错误。
10.A是带正电的物体,B是金属网,C是原来不带电的验电器,能使验电器的金属箔张开的是(　　)
答案　C
解析　此题关键要清楚静电屏蔽的两种情况。达到静电平衡后,各图电荷分布情况大致如下图所示。由于静电屏蔽,选项A中验电器的金属箔不能张开;选项B中金属网接地,但是金属网仍然处于静电平衡状态,故其内部电场强度处处为0;选项C中金属网外壳带正电,能使验电器的金属箔张开;选项D中金属网外部没有电场,验电器的金属箔不能张开,故C正确。
培优加强练
11.如图所示,长为l的金属杆原来不带电,在距其右端d处放一个电荷量为+q的点电荷。
(1)金属杆中点处的电场强度为多少
(2)金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的电场强度为多大
答案　(1)0　(2)
解析　(1)金属杆处于静电平衡状态,其内部电场强度处处为零。因此,金属杆中点处的电场强度为0。
(2)点电荷q在金属杆中点处产生的电场强度E点=k=,方向水平向左。由于杆中点处的电场强度为零,所以感应电荷在杆中点处产生的电场强度与点电荷在该处产生的电场强度大小相等,方向相反,所以,感应电荷在杆中点处产生的电场强度大小E感=E点=。(共58张PPT)
第4节　静电的防止与利用
第九章　静电场及其应用
1.知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态的导体的特性。
2.知道什么是静电屏蔽及其有关应用。
3.了解静电吸附原理及其应用。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　静电屏蔽
知识点一　静电平衡　尖端放电
知识点三　静电吸附
知识点一　静电平衡　尖端放电
如图所示，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，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
提示　(1)自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动，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，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止。
1.静电平衡
(1)静电平衡：导体内的自由电子不再发生____________的状态。
(2)处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为___，即外电场E0和感应电荷产生的电场E'的关系为E0=-E'。
(3)导体上电荷的分布
①静电平衡时，导体______没有净电荷(未被抵消的电荷)，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)______，凹陷的位置几乎没有电荷。
(4)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跟该点的表面______。
定向移动
0
内部
外表面
越大
垂直
2.尖端放电
(1)空气的电离：在一定条件下，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷______的现象。
(2)尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被______而奔向尖端，与尖端上的电荷______，这相当于导体从尖端____________。
(3)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应该尽量______，减少电能的损失。
分离
吸引
中和
失去电荷
避雷针
光滑
(4)处于静电平衡的导体周围的电场分布情况
电场线与导体表面垂直。静电平衡的导体尖端电荷集中，电荷电场线密集。
【思考】
1.验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，原因是什么
提示　验电器的金属杆上端固定一个金属球，传到验电器上的电荷会向尖端聚集，而不会使金属小球上聚集很多电荷，这是为了防止尖端放电。
2.判断正误
(1)静电平衡时，导体内部不再有电荷的定向移动。( )
(2)一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处于静电平衡状态，不具有静电平衡的特点。( )
(3)为了美观，通常把避雷针顶端设计成球形。( )
(4)为了避免因尖端放电而损失电能，高压输电导线表面要尽量光滑。( )
√
×
×
√
A
角度1　对静电平衡的理解
例1 (2026·内蒙古呼和浩特高二月考)如图所示，导体棒原来不带电，将电荷量为Q的正点电荷放在棒左侧O处，当棒达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内A点处产生的电场强度为E1。下列说法正确的是(　　)
A.E1的大小与电荷量Q成正比
B.E1的方向沿OA连线向右
C.在导体棒内部，离O点越远电场强度越小
D.在O点放置电荷量为2Q的点电荷，A点的电场强度为2E1
解析　导体棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒内A点处
产生的电场强度大小与一带电荷量为Q的点电荷在该处产生
的电场强度大小相等，方向相反，则有E1=，正点电荷在
A点产生的电场强度方向向右，则E1的方向沿OA连线向左，
故A正确，B错误；导体棒达到静电平衡后，棒内电场强度处处为0，故C错误；在O点放置电荷量为2Q的点电荷，导体棒达到静电平衡后，棒内电场强度处处为0，故D错误。
感应电荷产生的电场的电场强度的求解方法
(1)确定外电场的电场强度E外的大小和方向。
(2)由于导体处于静电平衡状态，则满足静电平衡的条件E合=0。
(3)由E外+E感=0，求出感应电场的电场强度E感的大小和方向。
B
角度2　处于静电平衡的导体的电荷分布
例2 一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10-8 C的正电荷，上端开有适当小孔，绝缘柄的金属小球B带有2×10-8 C的负电荷，使B球和A球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷量分别为(　　)
A.QA=1×10-8 C　QB=1×10-8 C
B.QA=2×10-8 C　QB=0
C.QA=0　QB=2×10-8 C
D.QA=4×10-8 C　QB=-2×10-8 C
解析　B球与A球内壁接触后成为一个新的导体，处于静电平衡状态，内部的电荷量为零，带电导体的电荷只能分布于导体的外表面，故QB=0，QA=4×10-8 C-2×10-8 C=2×10-8 C，B正确。
处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点
(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)净电荷在导体表面分布不均匀，导体表面尖锐处电荷分布密集，平滑处电荷分布稀疏，凹陷处几乎没有电荷，如图乙所示。
BC
角度3　尖端放电
例3 (多选)(2026·河南商丘高二月考)如图所示是闪电击中广州塔的画面，广州塔的尖顶是一避雷针，雷雨天气时，底端带负电的云层经过避雷针上方时，避雷针尖端放电形成瞬间强电流，乌云所带的负电荷经避雷针导入大地，在此过程中，下列说法正确的是(　　)
A.云层靠近避雷针时，针尖感应出负电荷
B.云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷
C.避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施
D.避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的
电场强度小
解析　根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，可知云层靠近避雷针时，针尖感应出正电荷，故A错误，B正确；避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施，故C正确；由于电荷更容易集中到尖端，因此避雷针尖端附近的电场强度比避雷针底端附近的电场强度大，故D错误。
知识点二　静电屏蔽
1.定义：导体壳(或金属壳)内达到静电平衡后，外电场对内部______产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。
2.实质：实质是利用了____________现象，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场的电场强度矢量和为___。
不会
静电感应
零
3.应用：(1)生活中有很多对静电屏蔽的应用，以此来保护壳内仪器不受外加电场影响。例如：电子仪器外部加装金属壳，通信电缆外面包有一层金属网，高压线路检修人员要穿屏蔽服。
(2)静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽的作用，在野外的高压输电线的三条输电线上方还有两条导线，它们的作用就是与大地相连形成一个稀疏的金属“网”，以此来保护高压输电线不受雷击。
C
例4 (2026·河南周口高二月考)下列关于静电屏蔽实验的说法正确的是(　　)
A.甲图中验电器的金属箔张开
B.乙图中验电器的金属箔不会张开
C.丙图中验电器的金属箔不会张开
D.甲、乙、丙三图中验电器的金属
箔都张开
解析　题图甲中金属网达到静电平衡后，外部
电场对内部不会产生影响，内部电场强度为零，
金属箔不会张开，金属网屏蔽了外电场，故A、
D错误；题图乙中金属网未接地，网内的带电体
在金属网内侧感应出负电荷，金属网外侧产生等
量的正电荷，正电荷在金属网外侧有电场，对外
界产生影响，所以验电器的金属箔会张开，故B错误；题图丙中金属网已接地，网外没有感应电荷，外部没有感应电场，金属箔不会张开，故C正确。
总结提升　静电屏蔽的两种情况
导体外部电场不影响导体内部 接地导体内部的电场不影响导体外部
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产生的电场在空腔内的合电场强度为零，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为零，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用
最终结论 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内部电荷影响
本质 静电感应与静电平衡
知识点三　静电吸附
1.静电吸附
在电场中，带电粒子受到_________的作用，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象。
2.静电除尘
设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来的过程。
静电力
3.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______的工件运动，并沉积在工件表面。
4.静电复印
复印机应用了____________，复印机的有机光导体鼓表面涂覆有机光导体(OPC)，没有光照时，OPC是_________，受到光照时变成导体。
正极
静电吸附
绝缘体
【思考】
1.静电是如何产生的
提示　两种不同的物体相互摩擦可以起电，甚至干燥的空气与衣物摩擦也会起电。摩擦起的电在能导电的物体上可迅速流失，而在不导电的绝缘体(如化纤、毛织物等物体)上就不会流失而形成静电，聚集并达到一定的电压时就产生放电现象，产生火花并发出声响。
2.静电有哪些应用以及怎样防止
提示　(1)静电的应用
利用静电的性质 应用举例
利用静电能 吸引轻小物体 静电复印、静电喷漆、静电喷雾、激光打印、静电除尘
利用高压产生的电场 静电保鲜、静电灭菌、农作物种子处理
利用放电产生物 臭氧防止紫外线、氮合成氨
(2)静电的防止
防止静电危害的基本办法是尽快把产生的静电导走，避免越积越多。
防止静电的途径主要有：
①避免产生静电，例如，在可能情况下选用不易产生静电的材料。
②避免静电的积累，产生的静电要设法导走，例如，增加空气湿度、接地等。
AC
例5 (多选)如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属管内的空气被电离，电离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。就此示意图，下列说法正确的是(　　)
A.N接电源的正极 B.M接电源的正极
C.电场强度EB>EA D.电场强度EB解析　电子附着在煤粉上，使煤粉带上负电荷，煤粉若能吸附在管壁上，说明管壁带正电荷，因此可知N接电源正极，A正确，B错误；金属棒与金属管可看成圆柱电极与圆环电极，电场线分布情况如图所示。由图可知金属棒附近的B点处电场线较密，而靠近金属管壁的A点处电场线较疏，故B处的电场强度比A处的电场强度大，即EB>EA，C正确，D错误。
AB
训练 (多选)(2026·浙江金华高二期末)如图是某款家用空气净化器及其原理示意图，污浊空气通过过滤网后尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极(接地)。下列说法正确的是(　　)
A.通过过滤网后空气中的尘埃带负电
B.尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大
C.c、d两个电极之间的电场方向竖直向上
D.尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做负功
解析　尘埃通过过滤网后被正极吸引，所以尘埃带负电，故A正确；尘埃在被吸附到集尘极e的过程中电场力做正功，动能增大，故B正确；因为充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极，所以 c、d两个电极之间的电场方向竖直向下，故C错误；尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受静电力做正功，故D错误。
随堂对点自测
2
C
1.(静电平衡)如图所示，较厚的空腔球形导体壳中有一个正点电荷，则图中a、b、c、d各点的电场强度大小关系为(　　)
A.Ea>Eb>Ec>Ed B.Ea>Ec=Ed>Eb
C.Ea>Ec>Ed>Eb D.Ea解析　当处于静电平衡状态时，空腔球形导体壳内壁感应
出负电荷，外壁感应出正电荷，感应电荷形成的电场与点
电荷形成的电场叠加，导致空腔球形导体壳中电场强度为
零。画出电场线的大致分布如图所示。由于a处电场线较密，c处电场线较疏，d处电场线最疏，b处电场强度为零，则Ea>Ec>Ed>Eb，C正确。
AB
2.(静电的利用与防止)(多选)从生活走向物理，从物理走向社会，物理和生活息息相关，下列有关电磁学知识的相关说法正确的是(　　)
A.图甲中家用煤气灶点火装置的针形放电
电极，利用了尖端放电的工作原理
B.图乙中是避雷针的示意图，避雷针防止建筑物被雷击的原理是尖端放电原理
C.图丙中超高压带电作业的工作人员，为了保证他们的安全，他们必须穿上橡胶制成的绝缘衣服
D.图丁为静电喷漆的示意图，静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相同的电荷，这样使油漆在静电斥力作用下喷涂更均匀
解析　家用煤气灶点火装置的针形放电电极，利用了尖端放电的工作原理，A正确；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，逐渐中和云中的电荷，使建筑物免遭雷击，其原理为尖端放电，B正确；超高压带电作业的工作人员，为了保证他们的安全，他们必须穿上金属丝制成的衣服，以起到静电屏蔽的作用，C错误；静电喷漆时使被喷的金属件与油漆雾滴带相反的电荷，这样使油漆在静电引力作用下喷涂更均匀，D错误。
AD
3.(静电屏蔽) (多选)如图所示，绝缘金属球壳的空腔内有一带电小球，现在球壳左侧放一带电小球A，下列说法正确的是(　　)
A.A球不影响球壳内的电场
B.由于静电屏蔽，球壳内没有电场
C.球壳内外表面均没有电荷
D.由于球壳接地，空腔内的电场对外部也没有影响
解析　由于金属球壳接地，对内外电场都有屏蔽作用，故A、D正确；球壳外表面没有电荷，因为空腔内有带电体，所以空腔内有电场，球壳内表面有感应电荷，故B、C错误。
D
4.(静电吸附)如图所示，为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在静电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
B.电场方向由放电极指向集尘极
C.带电尘埃所受静电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静电力越大
解析　集尘极接电源的正极，尘埃在静电力作用下向集尘极迁移并沉积，说明尘埃带负电，A错误；由于集尘极与电源的正极连接，电场方向由集尘极指向放电极，B错误；负电荷在电场中受静电力的方向与电场方向相反，C错误；根据F=qE可知，同一位置带电荷量越多的尘埃所受静电力越大，D正确。
课后巩固训练
3
A
题组一　静电平衡　尖端放电
1.在点电荷-Q的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆盘平面与点电荷在同一平面内，则关于盘上感应电荷在盘中P点所激发的电场强度E'的方向，下列图中正确的是(　　)
基础对点练
解析　金属圆盘处于静电平衡状态，内部每点的合电场强度都为零，即导体内的每一点，感应电荷产生的电场强度都与点电荷-Q在该点产生的电场强度大小相等、方向相反，点电荷-Q的电场强度方向指向点电荷，所以感应电荷产生的电场强度方向背离负点电荷，A正确，B、C、D错误。
BCD
2.(多选)如图所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器A和一个带正电荷的空腔导体B。下列实验方法中能使验电器箔片张开的是(　 　)
A.用取电棒C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟A接触
B.用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再跟A接触
C.用绝缘导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触
D.使验电器A靠近B
解析　A项中取电棒先和B的内壁接触后，由于B的内壁本身没有电荷，所以再接触A时验电器箔片不张开；B项中取电棒C跟B的外壁接触后可以使取电棒C带电，再跟A接触，可使A带电；C项中实际上是将验电器A和B连成了一个导体，A在外面，可使验电器带电；D项是感应起电，可使验电器箔片张开，故B、C、D项正确。
CD
3.(多选)下列应用与防护属于尖端放电现象的是(　　)
A.一般高压设备中导体的表面尽量光滑
B.一般马路表面建造的很平滑
C.夜间高压线周围会出现一层绿色光晕
D.一般高楼大厦顶部装有避雷针
解析　导体表面光滑不属于尖端放电；马路表面建造的很平滑与尖端放电无关，C、D属于尖端放电现象，故C、D正确。
ABC
4.(多选)(2026·江西南昌二中高二月考)如图所示，在左边的绝缘支架上插上顶针(其顶端是尖的)，在顶针上装上金属风针，若给风针附近的圆形金属板接上正高压极，风针接负高压极，风针尖端放电会使其旋转起来，下列说法正确的是(　　 )
A.风针尖端附近的电场线分布较密
B.风针附近的空气在强电场下发生电离
C.空气中的阳离子会向风针的尖端运动
D.交换金属板与风针所带电荷电性，风针的尖端
会有正电荷射出
解析　在导体外表面，越尖锐的位置电荷的密度越大，附近的电场越强，所以风针尖端附近的电场线分布较密，故A正确；风针附近的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，即发生电离，故B正确；因为风针接负高压极，所以空气中的阳离子会向风针的尖端运动，故C正确；交换金属板与风针所带电荷电性，风针的尖端不会有正电荷射出，因为正电荷固定在金属原子核内，故D错误。
D
题组二　静电屏蔽
5.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
解析　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，且由于A带正电，B的内表面带负电，D正确，B、C错误；B的空腔内带正电的小球A与金属壳内表面感应电荷之间产生电场，所以空腔内电场强度不为零，A错误。
B
6.如图所示，A为空心金属球，B为金属球，A、B原来不带电，将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手接触一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则(　　)
A.A球带负电荷，B球带正电荷
B.A球带负电荷，B球不带电
C.A、B两球都带负电荷
D.A、B两球都带正电荷
解析　首先带正电荷的小球C从A球开口处放入A
球中央，根据静电感应现象可知，A球内表面带负
电荷，外表面带正电荷。用手接触A球相当于把A
球接地，由大地传导过来的电子与A球外表面正电
荷中和，使A球外表面不带电，此时A球对内起静电屏蔽作用，A球内的电场不影响外部。用手接触B时，无电荷移动，B球不带电。当带正电荷的C球从A球内移走后，A球内表面所带的负电荷移至外表面，所以此时A球带负电荷，故B正确。
B
题组三　静电吸附
7.为了防止静电的危害，应尽快把产生的静电导走，下列措施中不是防止静电危害的是(　　)
A.油罐车后面装一条拖地的铁链
B.电工钳柄上套有绝缘胶套
C.飞机轮上装搭地线
D.印刷车间中保持适当的湿度
解析　油罐车在运输过程中，油与油罐桶壁不断的相互摩擦起电，从而产生大量的静电，通过后面装一条拖地的铁链，及时将静电导走，防止静电危害；电工钳柄上套有绝缘胶套，在带电操作时，防止触电，所以不是防止静电危害的；飞机在飞行时，飞机与空气摩擦产生大量的静电，所以飞机着地时通过搭地线，将静电及时导走，防止静电危害；印刷车间中，纸张间摩擦产生大量静电，由于有一定的湿度，能及时将产生的静电导走，防止静电危害，故B正确。
AC
8.(多选)静电的应用有多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等，它们依据的原理都是让带电的物质粒子在电场力作用下奔向并吸附到电极上，静电喷涂的原理如图所示，则以下说法正确的是(　　)
A.在喷枪喷嘴与被喷涂工件之间有一强电场
B.涂料微粒一定带正电
C.涂料微粒一定带负电
D.涂料微粒可以带正电，也可以带负电
解析　静电喷涂的原理就是让带电的涂料微粒在强电场的作用下被吸附到工件上，而达到喷涂的目的，A正确；由题图知，待喷漆工件带正电，所以涂料微粒应带负电，C正确，B、D错误。
C
9.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，下列说法正确的是(　　)
综合提升练
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荷量不变，
离铝板越近则加速度越大
解析　在铝板和缝被针中间形成强电场，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，烟尘吸附电子带负电，而被吸附到铝板上，选项A错误；由于静电力做正功，同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大，选项B错误，C正确；由于离铝板越近，电场强度越小，同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变，离铝板越近则加速度越小，选项D错误。
C
10.A是带正电的物体，B是金属网，C是原来不带电的验电器，能使验电器的金属箔张开的是(　　)
解析　此题关键要清楚静电屏蔽的两种情况。达到静电平衡后，各图电荷分布情况大致如下图所示。由于静电屏蔽，选项A中验电器的金属箔不能张开；选项B中金属网接地，但是金属网仍然处于静电平衡状态，故其内部电场强度处处为0；选项C中金属网外壳带正电，能使验电器的金属箔张开；选项D中金属网外部没有电场，验电器的金属箔不能张开，故C正确。
11.如图所示，长为l的金属杆原来不带电，在距其右端d处放一个电荷量为+q的点电荷。
培优加强练
(1)金属杆中点处的电场强度为多少
解析　金属杆处于静电平衡状态，其内部电场强度处处为零。因此，金属杆中点处的电场强度为0。
答案　0
(2)金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的电场强度为多大
答案　
解析　点电荷q在金属杆中点处产生的电场强度E点=k=，方向水平向左。由于杆中点处的电场强度为零，所以感应电荷在杆中点处产生的电场强度与点电荷在该处产生的电场强度大小相等，方向相反，所以，感应电荷在杆中点处产生的电场强度大小E感=E点=。
本节内容结束
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