2020-2021學(xué)年人教版物理選修3-1學(xué)案：1.7　靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 含解析

1、祝學(xué)子學(xué)業(yè)有成，取得好成績(jī)7靜電現(xiàn)象的應(yīng)用素養(yǎng)目標(biāo)定位）理解靜電平衡狀態(tài)及特點(diǎn)知道靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn)了解生活中的靜電現(xiàn)象及應(yīng)用,素養(yǎng)思維脈絡(luò)）知識(shí)點(diǎn)1靜電平衡狀態(tài)1靜電感應(yīng)現(xiàn)象處于電場(chǎng)中的導(dǎo)體,由于_電場(chǎng)力_的作用，電荷出現(xiàn)_重新分布_的現(xiàn)象。2靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體中(包括表面上)沒(méi)有電荷_定向移動(dòng)_的狀態(tài)。3靜電平衡狀態(tài)的特征(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)_處處為零_。（2）處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面_垂直_。（3)處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)_等勢(shì)體_，導(dǎo)體的表面為_(kāi)等勢(shì)面_。知識(shí)點(diǎn)2導(dǎo)體上電荷的分布1處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部

2、沒(méi)有電荷,電荷只分布在導(dǎo)體的_外表面上_。2在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，電荷的密度(單位面積的電荷量）_越大_,凹陷的位置_幾乎沒(méi)有_電荷.知識(shí)點(diǎn)3尖端放電1電離在導(dǎo)體尖端強(qiáng)電場(chǎng)的作用下,使空氣分子中的_正負(fù)電荷_分離，這種現(xiàn)象叫做空氣的電離。2尖端放電由于導(dǎo)體尖端的_電荷密度_很大,其附近電場(chǎng)_很強(qiáng)_,使周?chē)行钥諝夥肿与婋x，變成帶電離子，這些帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)加速下，會(huì)使更多的空氣分子電離，產(chǎn)生大量的_帶電粒子_，與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子被_吸引_到尖端，跟尖端上的電荷_中和_，這相當(dāng)于尖端_失去_電荷,這個(gè)現(xiàn)象叫尖端放電。3應(yīng)用和防止(1)應(yīng)用:_避雷針_是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)

3、施。(2）防止：高壓設(shè)備中導(dǎo)體的_表面盡量光滑_會(huì)減少電能的損失。知識(shí)點(diǎn)4靜電屏蔽1定義當(dāng)金屬外殼達(dá)到靜電平衡時(shí)，內(nèi)部_沒(méi)有_電場(chǎng)，因而金屬的外殼會(huì)對(duì)其_內(nèi)部_起保護(hù)作用，使它_內(nèi)部_不受_外部電場(chǎng)_影響的現(xiàn)象。2應(yīng)用電學(xué)儀器外面有_金屬殼_，野外高壓線上方還有_兩條導(dǎo)線_與大地相連，都是利用靜電屏蔽現(xiàn)象消除外電場(chǎng)的影響。 思考辨析判一判（1)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再運(yùn)動(dòng)。(）（2)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零。(）(3)靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體電勢(shì)為零。（)(4）靜電平衡時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部表現(xiàn)為電中性.電荷都分布在外表面，導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈電荷。（）（5)一個(gè)孤立的帶電體,在自身所帶電荷的電場(chǎng)中，處于

4、靜電平衡狀態(tài)，不具有靜電平衡的特點(diǎn)。(）選一選(多選）夏季，在雷云形成的過(guò)程中，由于摩擦起電一些云層帶正電，另一些云層帶負(fù)電，它們對(duì)大地的靜電感應(yīng)使地面產(chǎn)生異種電荷。當(dāng)云層與云層間或云層與地面間的“電勢(shì)差”達(dá)到幾萬(wàn)伏以上時(shí)，空氣被擊穿，暴發(fā)電閃雷鳴。假如在戶外我們?cè)庥隼纂?下列防雷措施可行的是(cd)a在大樹(shù)下避雷雨b停留在山頂、山脊的涼亭等地方避雷雨c不要快速開(kāi)摩托、快騎自行車(chē)和在雨中狂奔d在空曠地帶，最好關(guān)掉手機(jī)電源解析：表面具有突出尖端的導(dǎo)體,在尖端的電荷分布密度很大，使得其周?chē)妶?chǎng)很強(qiáng),就可能使其周?chē)目諝獍l(fā)生電離而引發(fā)尖端放電。因此不要在大樹(shù)下避雨；別停留在山頂、山脊的涼亭等地方；快

5、速開(kāi)摩托、快騎自行車(chē)和在雨中狂奔,身體的跨步越大，電壓就越大，雷電也越容易傷人；在空曠地帶使用手機(jī)通話，手機(jī)很有可能成為閃電的放電對(duì)象。想一想你知道家用電視機(jī)、收音機(jī)外殼的制作材料為何一般是塑料，而不用金屬的主要原因嗎？解析：若用金屬制作家用電視機(jī)、收音機(jī)外殼，用電器的金屬外殼就形成靜電屏蔽,電磁信號(hào)就難以被電視機(jī)、收音機(jī)這類(lèi)電磁波接收器接收，電視機(jī)、收音機(jī)就不能正常工作.探究一對(duì)靜電平衡及其特點(diǎn)的理解s 1如圖所示，當(dāng)一個(gè)帶電體靠近不帶電導(dǎo)體時(shí)，由于導(dǎo)體內(nèi)的自由電子受到靜電力的作用,將向著與電場(chǎng)相反的方向定向移動(dòng),從而使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷，這就是前面學(xué)習(xí)的靜電感應(yīng)現(xiàn)象。（1）這種定向移

6、動(dòng)是無(wú)休止的嗎？(2)電荷的移動(dòng)對(duì)導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)有影響嗎？(3)你能在圖中畫(huà)出等勢(shì)面嗎?提示：（1)不是(2）有(3)能（圖略）g 1靜電平衡實(shí)質(zhì)（1)在達(dá)到靜電平衡的過(guò)程中，外電場(chǎng)引起導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的定向移動(dòng)使導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外電場(chǎng)方向相反，使合場(chǎng)強(qiáng)減小,隨著感應(yīng)電荷的繼續(xù)增加，合場(chǎng)強(qiáng)逐漸減小,直至合場(chǎng)強(qiáng)為零，自由電荷的定向移動(dòng)停止。（2)靜電平衡的條件:導(dǎo)體內(nèi)部的合場(chǎng)強(qiáng)為零,即e合0.2。：3靜電平衡導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)內(nèi)外表面分布不同，電荷都分布在外表面，導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈電荷。感應(yīng)電荷分布于導(dǎo)體兩端，電性相反,電量相等，遠(yuǎn)同近異，如圖甲所示：凈電荷在導(dǎo)體表面分布不均勻，

7、導(dǎo)體表面尖銳處電荷分布密集，平滑處電荷分布稀疏，凹陷處幾乎沒(méi)有電荷,如圖乙所示:特別提醒:(1)一個(gè)孤立的帶電體，在自身所帶電荷的電場(chǎng)中，處于靜電平衡狀態(tài)，具有靜電平衡的所有特點(diǎn).(2）人與大地都是導(dǎo)體，在人摸(觸）導(dǎo)體的過(guò)程中，帶電體、人、大地組成一個(gè)新導(dǎo)體，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。d 典例1(多選）如圖所示，接地的金屬板右側(cè)有固定的點(diǎn)電荷q，a、b兩點(diǎn)是金屬板右側(cè)表面上的兩點(diǎn)，其中a到q的距離較小，下列說(shuō)法正確的是(bcd）a由于靜電感應(yīng),金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電，左側(cè)表面帶正電b由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電，左側(cè)表面不帶電c整個(gè)導(dǎo)體，包括表面上的a、b兩點(diǎn)，是一個(gè)等勢(shì)體，且電勢(shì)等于零da、b

8、兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，且a、b兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向相同解題指導(dǎo)：正確理解處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點(diǎn)是處理此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵。解析:金屬板左側(cè)接地，金屬板與地球形成了一個(gè)導(dǎo)體，金屬板相當(dāng)于近端，而地球相當(dāng)于遠(yuǎn)端，根據(jù)感應(yīng)電荷“近異遠(yuǎn)同”的分布特點(diǎn)，a錯(cuò)，b對(duì);由處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的特點(diǎn)可知,a、b兩點(diǎn)電勢(shì)相等，接地后電勢(shì)等于零，c對(duì)；金屬板是一個(gè)等勢(shì)體，電場(chǎng)線垂直于金屬板表面向左,所以a、b兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向相同,d對(duì).對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1（多選）如圖所示，在水平放置的光滑接地金屬板中點(diǎn)的正上方，有帶正電的點(diǎn)電荷q，一表面絕緣帶正電的金屬球（可視為質(zhì)點(diǎn),且不影響原電場(chǎng)）自左以速度v0開(kāi)始在金屬板上向右運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程

9、中（bc）a小球做先減速后加速運(yùn)動(dòng)b小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)c點(diǎn)電荷q對(duì)小球的庫(kù)侖力不做功d電場(chǎng)力對(duì)小球先做正功后做負(fù)功解析：金屬板在q的電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡時(shí)，金屬板是一個(gè)等勢(shì)體,表面是一個(gè)等勢(shì)面，表面的電場(chǎng)線與表面垂直，小球所受電場(chǎng)力與金屬板表面垂直，在金屬板上向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，電場(chǎng)力方向與位移方向垂直,對(duì)小球不做功，根據(jù)動(dòng)能定理得知，小球的動(dòng)能不變，速度不變,所以小球做勻速直線運(yùn)動(dòng),故選bc.探究二對(duì)靜電屏蔽的理解s 2飛機(jī)在云層與云層之間飛行或起飛、著陸時(shí)都有可能遭遇雷擊。但是當(dāng)飛機(jī)遭遇雷擊時(shí)，電流可以從雷電云達(dá)到飛機(jī)頭部，縱向流過(guò)機(jī)身外殼，最后從機(jī)尾凌空打到地上或從其中一機(jī)翼打過(guò)另一機(jī)翼，橫

10、向流過(guò)機(jī)身,但不管怎樣，閃電都只會(huì)沿著飛機(jī)外殼流過(guò)，而不會(huì)進(jìn)入機(jī)內(nèi)對(duì)乘客造成傷害,你知道這是為什么嗎？提示：飛機(jī)外殼是金屬材料的，它會(huì)在雷擊時(shí)形成靜電屏蔽，保護(hù)飛機(jī)內(nèi)的乘客。g 1靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)靜電屏蔽實(shí)質(zhì)是利用了靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使金屬殼內(nèi)的感應(yīng)電荷的電場(chǎng)和外加電場(chǎng)矢量和為零，好像是金屬殼將外電場(chǎng)“擋”在外面,即所謂的屏蔽作用，其實(shí)是殼內(nèi)兩種電場(chǎng)并存，矢量和為零而已。2靜電屏蔽的兩種情況(1）金屬殼內(nèi)部不受外部影響如圖：把驗(yàn)電器靠近帶電體,箔片會(huì)張開(kāi)，但如果把驗(yàn)電器置于金屬網(wǎng)罩內(nèi)，再靠近帶電體，箔片不再?gòu)堥_(kāi)，說(shuō)明網(wǎng)罩內(nèi)不受外電場(chǎng)的影響。(2)接地的封閉導(dǎo)體殼，內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)外部沒(méi)有影響如一封閉的導(dǎo)體

11、殼內(nèi)部空間某點(diǎn)有一點(diǎn)電荷q.由于靜電感應(yīng)，導(dǎo)體殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷。其電場(chǎng)線如圖甲所示，當(dāng)把導(dǎo)體殼接地后,q在殼內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)殼外空間就沒(méi)有影響了，如圖乙所示。特別提醒：(1)接地的空腔導(dǎo)體,腔外電場(chǎng)對(duì)腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響，腔內(nèi)電場(chǎng)對(duì)腔外空間也不產(chǎn)生影響，即內(nèi)外互不影響。（2)空腔導(dǎo)體不接地，腔外電場(chǎng)對(duì)腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響,腔內(nèi)電場(chǎng)對(duì)腔外空間產(chǎn)生影響。d 典例2（多選）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(huì)被吸引（ad）解題指導(dǎo):不接地的空腔物體可以屏蔽外界電場(chǎng)，接地的空腔物體可以屏蔽內(nèi)部的電場(chǎng)，其本質(zhì)都是由于外界電場(chǎng)與感應(yīng)電場(chǎng)疊加的

12、結(jié)果，分析中應(yīng)特別注意分清原電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)、感應(yīng)電場(chǎng)以及疊加后的合電場(chǎng)。解析：小紙屑是絕緣體，當(dāng)處于電場(chǎng)中時(shí)，雖不會(huì)像導(dǎo)體一樣出現(xiàn)電荷的定向移動(dòng)，但內(nèi)部的極性分子也會(huì)在電場(chǎng)力的作用下移動(dòng)，使異種電荷一端更靠近施感電荷，因而也會(huì)受到施感電荷的吸引力。a中由于靜電屏蔽，p的電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體n的內(nèi)部,即n內(nèi)部無(wú)電場(chǎng),所以s不會(huì)被吸引，a正確。b中n沒(méi)有接地，p的電場(chǎng)會(huì)影響到n的外部,即s處有電場(chǎng)，s會(huì)被吸引.c中p和s都處于導(dǎo)體n的外部，s處有電場(chǎng)，會(huì)被吸引。d中n被接地，內(nèi)部電場(chǎng)不影響導(dǎo)體外部，即s處無(wú)電場(chǎng)，不會(huì)被吸引,d正確.對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2（多選）如圖所示，電力工作人員在幾百萬(wàn)伏的高壓線上進(jìn)行帶電作

13、業(yè)，電工全身穿戴帶電作業(yè)用的屏蔽服，屏蔽服是用導(dǎo)電金屬材料與紡織纖維混紡交織成布后再做成的服裝,下列說(shuō)法正確的是（bc)a采用金屬材料編織的衣服目的是使衣服不易拉破b采用金屬材料編織的衣服目的是利用靜電屏蔽c電工穿上屏蔽服后，體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)為零d電工穿上屏蔽服后，體內(nèi)電勢(shì)為零解析：屏蔽服的作用是在穿用后，使處于高壓電場(chǎng)中的人體外表面各部位形成一個(gè)等勢(shì)屏蔽面，從而防護(hù)人體免受高壓電場(chǎng)及電磁波的危害;等勢(shì)面說(shuō)明電勢(shì)相等而不是等于0，而電場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度為0，所以bc正確，ad錯(cuò)誤.靜電的應(yīng)用與防止（1）應(yīng)用：靜電應(yīng)用依據(jù)的物理原理幾乎都是讓帶電的物質(zhì)粒子在電場(chǎng)力的作用下，奔向并吸附到電極上。（2）

14、危害：靜電由于吸附塵埃會(huì)給印刷、合成纖維等工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)危害。靜電對(duì)高精密儀器有干擾甚至毀壞作用.靜電的最大危害是有可能因靜電火花點(diǎn)燃某些易燃物質(zhì)而引起爆炸。（3)防止：最簡(jiǎn)單而又最可靠的辦法是用導(dǎo)線把設(shè)備接地，這樣可以把電荷引入大地，避免靜電積累.油罐車(chē)尾部拖的鐵鏈就是一根接地線。調(diào)節(jié)空氣的濕度也是防止靜電危害的有效方法.案例（多選）(2019浙江省杭州市高二上學(xué)期期末）關(guān)于靜電現(xiàn)象的防止與應(yīng)用，下列說(shuō)法中正確的是（abd)a在自助加油站給汽車(chē)加油時(shí),應(yīng)禁止梳頭或穿脫衣服b高壓輸電線上方的兩條導(dǎo)線與大地相連，可以把高壓輸電線屏蔽起來(lái)，免遭雷擊c處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在其內(nèi)部形成的電場(chǎng)強(qiáng)度為零d避雷針的作用是通過(guò)尖端放電，中和大氣中的電荷，降低云層與大地的電