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第6讲
静电现象
精讲1
静电现象
知识点1
静电平衡状态下导体的电场
1.静电感应现象：如图甲所示，将一不带电的金属导体ABCD放在场强为E0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：如图乙所示，金属导体中自由电子受到导体周围电场的电场力作用后向左移动，在右侧出现多余的正电荷，导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场。因与原来的电场方向相反，叠加的结果是使原场强逐渐减弱，直至导体内部各点的合场强等于零为止，于是导体内的自由电子不再发生定向移动，我们就说导体达到了静电平衡状态，如图丙所示。
（2）条件：导体内部各点的合场强为零。
（3）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与该点表面垂直；
③处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。
知识点2
静电平衡下导体的电荷分布
1.法拉第圆筒实验
（1）取两个验电器A和B，B上装一个金属圆筒C（法拉第圆筒），用起电机使法拉第圆筒带电后，验电器B的箔片张开；
（2）用带有绝缘柄的金属小球d跟C的外部接触，然后让d跟验电器A的金属球接触，可看到验电器A的箔片张开，同时验电器B的箔片张角减小，如图甲所示，这说明C的外表面有净电荷；
（3）让d接触C的内表面，重做上述实验，不论重复多少次，验电器A的箔片都不张开，验电器B的箔片张角都不减小，如图乙所示，这表明C的内壁无净电荷。
2.静电平衡时导体上的电荷分布特点
（1）处于静电平衡状态的导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体外表面上；
（2）静电平衡时，净电荷在导体表面的分布往往是不均匀的，越尖锐的地方，净电荷分布的密度越大，外部附近的场强也越强，凹陷的位置几乎没有电荷；
（3）“远近端”电荷的电性相反，电荷量相等。
知识点3
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粒子，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，由于被吸引而向尖端聚集，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷，这个现象叫尖端放电。
3.尖端放电的应用和防止
?应用：避雷针、燃气灶中的电子打火器；
?防止：高压设备中导体的表面要尽量光滑。
知识点4
静电屏蔽
1.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“档”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。
2.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
?静电屏蔽的本质是静电感应，导体外面的电场影响不到导体内部，是因为外加电场与导体的感应电场在导体内部任一点的合场强为零；
（2）接地导体的内部电场影响不到导体外部
?由于导体外部的感应电荷都被导入大地，在只有施感电荷和内壁感应出的异种电荷的情况下，两部分电荷在导体外部任何一点的场强叠加后场强为零。
知识点5
静电的应用和防止
1.静电的应用
?在生产和生活中，静电的应用十分广泛，如激光打印、静电喷涂、静电除尘、静电放电产生臭氧、
静电复印、静电净化空气等等；
2.静电的危害和防止
?油罐车的尾部装一条拖在地上的铁链，靠它把因燃油与油罐摩擦、撞击而产生的静电引入大地；飞机的机轮上通过装有搭地线，也有用导电橡胶做机轮轮胎，这样着陆时可以把机身的静电引入大地；在工厂里保持一定的湿度，保证电荷能随时放出，避免静电积累，消除静电危害。
巩固练习
出题角度1：静电感应
【例1】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
.
【例2】（多选）如图所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷+Q，a、b两点是金属板右侧表面的两点，其中a到+Q的距离较小。下列说法正确的是（
）
A.由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电
B.由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面不带电
C.整个导体，包括表面上的a、b两点，是一个等势体，且电势等于零
D.a、b两点的电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同，但a点的场强比b点的场强要强（大）一些
【变式1】（多选）如图所示，A、B为两个带等量异种电荷的金属球，将两根不带电的金属棒C、D放在两球之间，则下列叙述正确的是(
)
A.C棒的电势一定高于D棒的电势
B.若将B球接地，B所带的负电荷还将保留一部分
C.若将B球接地，B所带的负电荷全部流入大地
D.若用导线将C棒的x端与D棒的y端连接起来的瞬间，将有从y流向x的电子流
【变式2】一金属球，原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比(
)
A.Ea最大
B.Eb最大
C.Ec最大
D.Ea=Eb=EC
课后作业
1．对于处在静电平衡状态的导体，以下说法中正确的是(
)
A．导体内部既无正电荷，又无负电荷
B．导体内部和外表面处的电场均为零
C．导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和为零
D．导体内部电场为零是外加电场与感应电荷产生的电场叠加的结果
2．一个带电金属球，当它带的电荷量增加后(稳定)，其内部场强(
)
A．一定增加
B．一定减弱
C．可能增加也可能减弱
D.
不变
3.
（多选）水平放置金属板正上方放有一固定的正点电荷Q，一表面绝缘的带正电小球(可视为质点且不影响Q的电场)，从左端以初速度v0滑上金属板，沿光滑的上表面向右运动到右端，在该运动过程中(
)
A．小球做匀速直线运动
B．小球先做减速运动，后做加速运动
C．小球的电势能保持不变
D．静电力对小球所做的功为零
4．（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跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒与B的内壁接触
D．使验电器A靠近B
5.（多选）如图，原来不带电金属球壳内壁接地，将带正电的小球放入其中，不与球壳接触，则(
)
A．球壳内壁带负电
B．球壳外壁带正电
C．球壳外壁不带电
D．若将接地线去掉再移出正电荷，壳外壁带负电
6.
如图所示，A为空心金属球，B为金属球，将另一带正电的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手摸一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则(
)
A．A球带负电，B球带正电
B．A球带负电，B球不带电
C．A、B两球都带负电
D．A、B两球都带正电第6讲
静电现象
精讲1
静电现象
知识点1
静电平衡状态下导体的电场
1.静电感应现象：如图甲所示，将一不带电的金属导体ABCD放在场强为E0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：如图乙所示，金属导体中自由电子受到导体周围电场的电场力作用后向左移动，在右侧出现多余的正电荷，导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场方向相反的电场。因与原来的电场方向相反，叠加的结果是使原场强逐渐减弱，直至导体内部各点的合场强等于零为止，于是导体内的自由电子不再发生定向移动，我们就说导体达到了静电平衡状态，如图丙所示。
（2）条件：导体内部各点的合场强为零。
（3）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与该点表面垂直；
③处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。
知识点2
静电平衡下导体的电荷分布
1.法拉第圆筒实验
（1）取两个验电器A和B，B上装一个金属圆筒C（法拉第圆筒），用起电机使法拉第圆筒带电后，验电器B的箔片张开；
（2）用带有绝缘柄的金属小球d跟C的外部接触，然后让d跟验电器A的金属球接触，可看到验电器A的箔片张开，同时验电器B的箔片张角减小，如图甲所示，这说明C的外表面有净电荷；
（3）让d接触C的内表面，重做上述实验，不论重复多少次，验电器A的箔片都不张开，验电器B的箔片张角都不减小，如图乙所示，这表明C的内壁无净电荷。
2.静电平衡时导体上的电荷分布特点
（1）处于静电平衡状态的导体内部没有净电荷，净电荷只分布在导体外表面上；
（2）静电平衡时，净电荷在导体表面的分布往往是不均匀的，越尖锐的地方，净电荷分布的密度越大，外部附近的场强也越强，凹陷的位置几乎没有电荷；
（3）“远近端”电荷的电性相反，电荷量相等。
知识点3
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粒子，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，由于被吸引而向尖端聚集，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷，这个现象叫尖端放电。
3.尖端放电的应用和防止
?应用：避雷针、燃气灶中的电子打火器；
?防止：高压设备中导体的表面要尽量光滑。
知识点4
静电屏蔽
1.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“档”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。
2.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
?静电屏蔽的本质是静电感应，导体外面的电场影响不到导体内部，是因为外加电场与导体的感应电场在导体内部任一点的合场强为零；
（2）接地导体的内部电场影响不到导体外部
?由于导体外部的感应电荷都被导入大地，在只有施感电荷和内壁感应出的异种电荷的情况下，两部分电荷在导体外部任何一点的场强叠加后场强为零。
知识点5
静电的应用和防止
1.静电的应用
?在生产和生活中，静电的应用十分广泛，如激光打印、静电喷涂、静电除尘、静电放电产生臭氧、
静电复印、静电净化空气等等；
2.静电的危害和防止
?油罐车的尾部装一条拖在地上的铁链，靠它把因燃油与油罐摩擦、撞击而产生的静电引入大地；飞机的机轮上通过装有搭地线，也有用导电橡胶做机轮轮胎，这样着陆时可以把机身的静电引入大地；在工厂里保持一定的湿度，保证电荷能随时放出，避免静电积累，消除静电危害。
巩固练习
出题角度1：静电感应
【例1】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，水平向左
【例2】（多选）如图所示，接地的金属板右侧有固定的点电荷+Q，a、b两点是金属板右侧表面的两点，其中a到+Q的距离较小。下列说法正确的是（
）
A.由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电
B.由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面不带电
C.整个导体，包括表面上的a、b两点，是一个等势体，且电势等于零
D.a、b两点的电场强度不为零，且a、b两点场强方向相同，但a点的场强比b点的场强要强（大）一些
答案BCD
【变式1】（多选）如图所示，A、B为两个带等量异种电荷的金属球，将两根不带电的金属棒C、D放在两球之间，则下列叙述正确的是(
)
A.C棒的电势一定高于D棒的电势
B.若将B球接地，B所带的负电荷还将保留一部分
C.若将B球接地，B所带的负电荷全部流入大地
D.若用导线将C棒的x端与D棒的y端连接起来的瞬间，将有从y流向x的电子流
答案ABD
【变式2】一金属球，原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示，金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比(
)
A.Ea最大
B.Eb最大
C.Ec最大
D.Ea=Eb=EC
答案C
课后作业
1．对于处在静电平衡状态的导体，以下说法中正确的是(
)
A．导体内部既无正电荷，又无负电荷
B．导体内部和外表面处的电场均为零
C．导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和为零
D．导体内部电场为零是外加电场与感应电荷产生的电场叠加的结果
答案D
2．一个带电金属球，当它带的电荷量增加后(稳定)，其内部场强(
)
A．一定增加
B．一定减弱
C．可能增加也可能减弱
D.
不变
答案D
3.
（多选）水平放置金属板正上方放有一固定的正点电荷Q，一表面绝缘的带正电小球(可视为质点且不影响Q的电场)，从左端以初速度v0滑上金属板，沿光滑的上表面向右运动到右端，在该运动过程中(
)
A．小球做匀速直线运动
B．小球先做减速运动，后做加速运动
C．小球的电势能保持不变
D．静电力对小球所做的功为零
答案ACD
4．（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跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒与B的内壁接触
D．使验电器A靠近B
答案BCD
5.（多选）如图，原来不带电金属球壳内壁接地，将带正电的小球放入其中，不与球壳接触，则(
)
A．球壳内壁带负电
B．球壳外壁带正电
C．球壳外壁不带电
D．若将接地线去掉再移出正电荷，壳外壁带负电
答案ACD
6.
如图所示，A为空心金属球，B为金属球，将另一带正电的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手摸一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则(
)
A．A球带负电，B球带正电
B．A球带负电，B球不带电
C．A、B两球都带负电
D．A、B两球都带正电
答案B

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