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1、 第七節(jié)　靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 【知識要點(diǎn)】 要點(diǎn)一 處理靜電平衡的“觀點(diǎn)” 1．遠(yuǎn)近觀 “遠(yuǎn)近觀”是指處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，離場電荷較近和較遠(yuǎn)的兩端將感應(yīng)出等量的異種電荷，而導(dǎo)體的中間部分可認(rèn)為無感應(yīng)電荷產(chǎn)生． 2．整體觀 “整體觀”是指把兩個(gè)或多個(gè)原來彼此絕緣的導(dǎo)體接觸或用導(dǎo)線連接時(shí)，就可把它們看作是一個(gè)大導(dǎo)體，再用“遠(yuǎn)近觀”判斷它們的帶電情況． 要點(diǎn)二 靜電平衡兩種情況的實(shí)現(xiàn)方法和其本質(zhì)是什么？ 1．兩種情況 (1)導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界影響，如圖1－7－2甲所示． (2)接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響，如圖乙所示． 圖1－7－2 2．實(shí)現(xiàn)過程 (1)如

2、圖甲，因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場強(qiáng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，對內(nèi)實(shí)現(xiàn)了屏蔽． (2)如圖乙，當(dāng)空腔外部接地時(shí)，外表面的感應(yīng)電荷將因接地傳給地球，外部電場消失，對外起到屏蔽作用． 3．本質(zhì)：靜電感應(yīng)與靜電平衡. 【例題分析】 一、靜電平衡下的導(dǎo)體 【例1】 如圖所示， 圖1－7－一導(dǎo)體球A帶有正電荷，當(dāng)只有它存在時(shí)，它在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的大小為EA.在A球球心與P點(diǎn)連線上有一帶負(fù)電的點(diǎn)電荷B，當(dāng)只有它存在時(shí)，它在空間P點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小為EB.當(dāng)A、B同時(shí)存在時(shí)，根據(jù)場強(qiáng)疊加原理，P點(diǎn)的場強(qiáng)大小應(yīng)為(　　) A．EB　　　　　　　　B

3、．EA＋EB C．|EA－EB| D．以上說法都不對 答案　D 解析　當(dāng)帶電導(dǎo)體球周圍無其他導(dǎo)體或帶電體存在時(shí)，導(dǎo)體球上的電荷將均勻分布在導(dǎo)體球表面．根據(jù)題意，均勻分布在導(dǎo)體球上的電荷在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)為EA，當(dāng)把點(diǎn)電荷放在B點(diǎn)后，雖然導(dǎo)體球所帶的總電荷量未變，但因靜電感應(yīng)，導(dǎo)體球上的電荷將重新分布，直到達(dá)到靜電平衡．這時(shí)，導(dǎo)體球上的電荷在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)EA′不等于EA.由于點(diǎn)電荷不涉及電荷如何分布的問題，它在P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)與周圍是否存在其他電荷無關(guān)，所以仍為EB，當(dāng)點(diǎn)電荷與導(dǎo)體球A同時(shí)存在時(shí)，P點(diǎn)的場強(qiáng)應(yīng)由EA′與EB疊加而成，而不是由EA與EB疊加，這樣就能立即斷定

4、A、B、C三個(gè)選項(xiàng)都是不對的． 二、靜電平衡 【例2】 將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬 圖1－7－4 空心球C內(nèi)(不和球壁接觸)，另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近，如圖1－7－4所示，說法正確的有(　　) A．A往左偏離豎直方向，B往右偏離豎直方向 B．A的位置不變，B往右偏離豎直方向 C．A往左偏離豎直方向，B的位置不變 D．A和B的位置都不變 答案　B 解析　帶正電的小球A放在不帶電的空心球C內(nèi)，通過靜電感應(yīng)，空心球外殼帶正電，內(nèi)壁帶負(fù)電．因此，金屬空心球C和帶電小球B帶異種電荷，所以B受C球的吸引往右偏離豎直方向．而由于空心球C能屏蔽小

5、球B所產(chǎn)生的外部電場，使小球A不受外電場的作用，所以A的位置不變． 【對點(diǎn)練習(xí)】 1.下列措施中，屬于防止靜電危害的是(　　) A．油罐車后有一條拖在地上的鐵鏈條 B．小汽車上有一根露在車面上的小天線 C．在印染廠中保持適當(dāng)?shù)臐穸? D．在地毯上夾雜0.05～0.07 mm的不銹鋼絲導(dǎo)電纖維 2．下圖中P是一個(gè)帶電體，N是一個(gè)不帶電的金屬空腔，在哪些情況下，放在絕緣板上的小紙屑(圖中S)不會被吸引(　　) 3．如圖1－7－5所示， 圖1－7－5 在球殼內(nèi)部球心放置帶電荷量＋Q的點(diǎn)電荷，球殼內(nèi)有A點(diǎn)，殼壁中有B點(diǎn)，殼外有C點(diǎn)，則下列說法正確的是(　　) A．A、B兩點(diǎn)

6、場強(qiáng)均為零 B．EA>EB>EC C．如果A、C和球心在一條直線上，則A、C兩點(diǎn)的場強(qiáng)方向相同 D．B點(diǎn)場強(qiáng)方向指向球心 4．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點(diǎn)是什么？ 【常見題型】 題型一 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 在絕緣板上放有一個(gè)不帶電的金箔驗(yàn)電器A和一個(gè)帶正電荷的空腔導(dǎo)體B.下列實(shí)驗(yàn)方法中能使驗(yàn)電器箔片張開的是(　　) A．用取電棒(帶絕緣柄的導(dǎo)體棒)先跟B的內(nèi)壁接觸一下后再跟A接觸 B．用取電棒先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸 C．用絕緣導(dǎo)線把驗(yàn)電器跟取電棒的導(dǎo)體部分相連，再把取電棒與B的內(nèi)壁接觸 D．使驗(yàn)電器A靠近B [思維步步高] 空腔導(dǎo)體的特點(diǎn)是什么？空腔導(dǎo)體的外壁

7、和內(nèi)壁的帶電情況如何？使驗(yàn)電器金屬箔片張開的方法有幾種？ [解析]　在A選項(xiàng)中先和B的內(nèi)壁接觸后，由于B的內(nèi)壁本身沒有電荷，所以再接觸A時(shí)驗(yàn)電器箔片不張開． [答案]　BCD [拓展探究] 在一個(gè)導(dǎo)體球殼內(nèi)放一個(gè)電荷量為＋Q的點(diǎn)電荷，用Ep表示球殼外任一點(diǎn)的場強(qiáng)，則(　　) A．當(dāng)＋Q在球殼中央時(shí)，Ep＝0 B．不論＋Q在球殼內(nèi)何處，Ep一定為零 C．只有當(dāng)＋Q在球心且球殼接地時(shí)，Ep＝0 D．只要球殼接地，不論＋Q在球殼內(nèi)何處，Ep一定為零 [答案]　D [解析]　如果球殼不接地，球殼內(nèi)部放入的電荷會產(chǎn)生電場，這個(gè)電場周圍的導(dǎo)體會感應(yīng)出電荷，形成新的電場． [方法點(diǎn)撥]

8、 帶電球殼的特點(diǎn)是：①所有電荷都分布在球外表面上，球殼內(nèi)部沒有凈電荷．②球殼內(nèi)場強(qiáng)為零．③如果在球殼內(nèi)部放入電荷，則電場線在球殼上中斷. 題型二 靜電平衡 一個(gè)不帶電的空心金屬球，在它的球心處放一個(gè)正電荷，其電場分布是下圖中的哪一個(gè)(　　) [思維步步高] 在金屬球內(nèi)部的電場分布情況如何？球殼起到什么作用？在球殼外還有沒有電場存在？如果有，電場指向什么方向？ [解析]　在球殼內(nèi)、外表面之間不會有電場存在，球殼的內(nèi)表面上應(yīng)該分布的是負(fù)電荷，外表面上應(yīng)該分布的是正電荷，所以B選項(xiàng)正確． [答案]　B [拓展探究] 如果把該電荷移到球殼外，請敘述一下電場的分布情況． [答案

9、]　當(dāng)電荷移動到球殼以外之后，球殼對電場產(chǎn)生屏蔽，球殼內(nèi)部沒有電場線． [方法點(diǎn)撥] 導(dǎo)電體放在導(dǎo)體內(nèi)部，導(dǎo)體內(nèi)壁感應(yīng)出電荷，根據(jù)電荷守恒定律，外壁和內(nèi)壁所帶電荷性質(zhì)相反；當(dāng)電荷放在導(dǎo)體外部，靠近導(dǎo)體處感應(yīng)出異種電荷，根據(jù)電荷守恒定律，遠(yuǎn)離導(dǎo)體處感應(yīng)出同種電荷. 【課后作業(yè)】 一、選擇題 1．人們在晚上脫衣服時(shí)，有時(shí)會看到火花四濺，并伴有“劈啪”聲，這是因?yàn)?　　) A．衣服由于摩擦而產(chǎn)生了靜電 B．人體本身是帶電體 C．空氣帶電，在衣服上放電所致 D．以上說法均不正確 2．一金屬球，原來不帶電， 圖1 現(xiàn)沿球直徑的延長線放置一點(diǎn)電荷，如圖1所示．球內(nèi)直徑

10、上a、b、c三點(diǎn)場強(qiáng)大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比(　　) A．Ea最大　　　　　　B．Eb最大 C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec 3．如圖2所示， 圖2 把一個(gè)架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正電荷形成的電場中．導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，下列說法正確的是(　　) A．A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)相等，且都為零 B．A、B兩點(diǎn)場強(qiáng)不相等 C．感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場EA

11、張開 B．一定會張開 C．先張開，后閉合 D．可能張開 5．如圖4所示，兩個(gè)相同的空心金屬球M和N，M帶－Q電荷，N不帶電(M、N相距很遠(yuǎn)，互不影響)，旁邊各放一個(gè)不帶電的金屬球P和R，當(dāng)將帶正電Q的小球分別放入M和N的空腔中時(shí)(　　) 圖4 A．P、R上均出現(xiàn)感應(yīng)電荷 B．P、R上均沒有感應(yīng)電荷 C．P上有，而R上沒有感應(yīng)電荷 D．P上沒有，而R上有感應(yīng)電荷 6在點(diǎn)電荷－Q的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓平面與點(diǎn)電荷在同一平面內(nèi)，則盤上感應(yīng)電荷在盤中A點(diǎn)所激發(fā)的附加場強(qiáng)E′的方向在圖1－7－12中正確的是 (　　) 圖1－7－12

12、 7．如圖5所示， 圖5 A、B為兩個(gè)帶等量異號電荷的金屬球，將兩根不帶電的金屬棒C、D放在兩球之間，則下列敘述正確的是(　　) A．C棒的電勢一定高于D棒的電勢 B．若用導(dǎo)線將C棒的x端與D棒的y端連接起來的瞬間，將有從y流向x的電子流 C．若將B球接地，B所帶的負(fù)電荷全部流入大地 D．若將B球接地，B所帶的負(fù)電荷還將保留一部分 8如圖1－7－17所示，在水平放置的光滑金屬板中心正上方有一帶正電的點(diǎn)電荷Q，另一表面絕緣、帶正電的金屬小球(可視為質(zhì)點(diǎn)，且不影響原電場)自左以初速度v0在金屬板上向右運(yùn)動，在運(yùn)動過程中 (　　) A．小球先做減速后加速運(yùn)動 B

13、．小球做勻速直線運(yùn)動 C．小球受到的靜電力對小球先做負(fù)功，后做正功 D．小球受到的靜電力對小球做功為零 二、計(jì)算論述題 9．在正點(diǎn)電荷Q附近有兩個(gè)絕緣導(dǎo)體M、N，由于靜電感應(yīng)發(fā)生了如圖6所示的電荷分布，當(dāng)用導(dǎo)線將a、d兩點(diǎn)連接起來時(shí)，導(dǎo)線中是否有電流流過，如果有電流，電流的方向是怎樣的？ 圖6 10為研究靜電除塵，有人設(shè)計(jì)了一個(gè)盒狀容器，容器側(cè)面是絕緣的透明有機(jī)玻璃，它的上下底面是面積S＝0.04 m2的金屬板，間距L＝0.05 m，當(dāng)連接到U＝2 500 V的高壓電源正、負(fù)兩極時(shí)，能在兩金屬板間產(chǎn)生一個(gè)勻強(qiáng)電場，如圖8所示．現(xiàn)把一定量均勻分布的煙塵顆粒密閉在容器內(nèi)，每

14、立方米有煙塵顆粒1013個(gè)，假設(shè)這些顆粒都處于靜止?fàn)顟B(tài)，每個(gè)顆粒帶電荷量為q＝＋1.010－17 C，質(zhì)量為m＝2.010－15 kg，不考慮煙塵顆粒之間的相互作用和空氣阻力，并忽略煙塵顆粒所受重力．求合上電鍵后： 圖8 (1)經(jīng)過多長時(shí)間煙塵顆?？梢员蝗课剑? (2)除塵過程中電場對煙塵顆粒共做了多少功？ (3)經(jīng)過多長時(shí)間容器中煙塵顆粒的總動能達(dá)到最大？ 參考答案 【對點(diǎn)練習(xí)】 1.答案　ACD 解析　B選項(xiàng)屬于防止靜電平衡． 2.答案　AD 3.答案　C 解析?。玅放在球殼內(nèi)，由于靜電感應(yīng)，內(nèi)壁感應(yīng)出負(fù)電荷，外壁感應(yīng)出等量的正電荷．如下圖所示，是＋Q與感應(yīng)電

15、荷產(chǎn)生的電場線形狀，球殼壁內(nèi)部場強(qiáng)為零，其他地方的場強(qiáng)與僅存在點(diǎn)電荷＋Q時(shí)產(chǎn)生的場強(qiáng)相同，故EA>EC>EB；如果A、C和球心在一條直線上，則A、C兩點(diǎn)場強(qiáng)方向相同． 4.答案　(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零 (2)導(dǎo)體表面任一點(diǎn)的場強(qiáng)方向與該處的表面垂直 (3)凈電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上，電荷在導(dǎo)體的外表面上的分布往往是不均勻的，越尖的地方，電荷分布的密度越大，附近的電場也越強(qiáng)． 對一孤立的帶電導(dǎo)體，可視為導(dǎo)體處于自己所帶電荷的電場中，達(dá)到靜電平衡時(shí)，也有以上特點(diǎn). 【課后作業(yè)】 一、選擇題 1.答案　A 解析　若我們身穿含有化纖成分的衣服，且始終在運(yùn)動

16、，使衣服與衣服之間、衣服和皮膚之間不停地摩擦，在摩擦中會使衣服上帶有異種電荷．在脫衣服時(shí)正電荷和負(fù)電荷碰到一起就產(chǎn)生放電現(xiàn)象，于是我們聽到“劈啪”的放電聲音，若是晚上還可以看見火花四濺的現(xiàn)象． 2.答案　D 3.答案　AD 解析　處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部合場強(qiáng)為零，所以A選項(xiàng)正確．當(dāng)電鍵閉合，導(dǎo)體和大地是一個(gè)整體，導(dǎo)體處于這個(gè)整體的尖端，把負(fù)電荷從地球上吸引過來，所以D選項(xiàng)正確． 4.答案　A 5.答案　D 解析　當(dāng)將帶正電Q的小球放入M的空腔中時(shí)，對M產(chǎn)生靜電感應(yīng)使M的內(nèi)表面帶負(fù)電，而外表面帶正電，其電荷量為Q，它與原來金屬球M外表面所帶的－Q正好中和，使外表面不帶電，實(shí)際上是

17、M所帶－Q被吸引至內(nèi)表面，所以金屬球M外部不存在電場，不能對P產(chǎn)生靜電感應(yīng)，P上沒有感應(yīng)電荷．當(dāng)將帶正電Q的小球放入原來不帶電的N的空腔中時(shí)，對N產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使N內(nèi)表面帶負(fù)電荷，N外表面帶正電荷，N外部有電場，對R產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使左端帶負(fù)電，右端帶正電．選項(xiàng)D正確． 6.答案　A 7.答案　ABD 解析　由圖所示的電場線方向可知A、B、C、D的電勢高低為UA>UC>UD>UB.當(dāng)用導(dǎo)線將C棒的x端與D棒的y端連接的瞬間，將有自由電子從電勢低的D棒流向電勢高的C棒，這時(shí)C與D已通過導(dǎo)線連接為一個(gè)導(dǎo)體了，靜電平衡后，它們的電勢相等，C的x端仍帶負(fù)電，D的y端仍帶正電，而C的右端及D的左端

18、均不帶電，即C右端的正電荷與D左端的負(fù)電荷中和掉了．當(dāng)將B球接地時(shí)，一部分自由電子從低于大地電勢的B球上流向大地，而一部分電子受到D棒y端正電荷的吸引而保留在靠近y的近端處，如果把帶正電的A球移走，接地的B球上的負(fù)電荷才全部流入大地．故選項(xiàng)A、B、D正確． 8解析：選BD.金屬板處于靜電平衡狀態(tài)，表面為等勢面.因此小球受到的靜電力不做功，小球電勢能保持不變，所以動能保持不變，故B、D正確. 二、計(jì)算論述題 9答案 有a→d的電流 10答案　(1)0.02 s　(2)2.510－4 J　(3)0.014 s 解析　(1)由題可知，只要上板表面的煙塵能被吸附到下板時(shí)，煙塵即被認(rèn)為全部吸收．煙塵所受靜電力為F＝qU/L，L＝at2＝t2＝ 得t＝ L＝0.02 s (2)由于板間煙塵顆粒均勻分布，可以認(rèn)為煙塵的質(zhì)心位于板間中點(diǎn)位置，因此，除塵過程中靜電力對煙塵所做總功為W＝NSLqU＝2.510－4 J. (3)解法一　設(shè)煙塵顆粒下落距離為h，則板內(nèi)煙塵總動能Ek＝mv2NS(L－h(huán))＝hNS(L－h(huán))． 當(dāng)h＝時(shí)，Ek達(dá)最大． 又據(jù)h＝a 則t1＝ ＝ L＝0.014 s 解法二　假定所有煙塵集中于板中央，當(dāng)煙塵運(yùn)動到下板時(shí)，系統(tǒng)總動能最大． 則＝at 所以t1＝ L＝0.014 s 11 / 11