静电场
第一章
7　静电现象的应用
第一章
在带电的鸟笼里，鸟儿为什么仍能安全无恙？
运输汽油等易燃易爆物品的车辆总有一条铁链拖在地面，这又是为什么呢？
静电平衡状态
1.静电感应现象
处于电场中的导体，由于__________的作用，电荷出现__________的现象。
2．静电平衡状态
导体中(包括表面上)没有电荷__________的状态。
电场力
重新分布
定向移动
3．静电平衡状态的特征
(1)处于静电平衡状态的导体，内部的场强__________。
(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__________。
处处为零
垂直
等势体
等势面
导体上电荷的分布
1.处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的__________。
2．在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)________，凹陷的位置__________电荷。
外表面上
越大
几乎没有
1.电离
在导体尖端强电场的作用下，使空气分子中的__________分离，这种现象叫做空气的电离。
2．尖端放电
由于导体尖端的_________很大，其附近电场_____，使周围中性空气分子电离，变成带电离子，这些带电粒子在强电场加速下，会使更多的空气分子电离，产生大量的__________，与导体尖端的电荷符号相反的粒子被____到尖端，跟尖端上的电荷_____，这相当于尖端_____电荷，这个现象叫尖端放电。
尖端放电
正负电荷
电荷密度
很强
带电粒子
吸引
中和
失去
3．应用和防止
(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________________会减少电能的损失。
避雷针
表面尽量光滑
静电屏蔽
1.定义
当金属外壳达到静电平衡时，内部________电场，因而金属的外壳会对其_________起保护作用，使它_________不受__________影响的现象。
2．应用
电学仪器外面有__________，野外高压线上方还有__________与大地相连，都是利用静电屏蔽现象消除外电场的影响。
没有
内部
内部
外部电场
金属壳
两条导线
一、对静电平衡及其特点的理解
1．静电平衡实质
(1)在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合场强减小，随着感应电荷的继续增加，合场强逐渐减小，直至合场强为零，自由电荷的定向移动停止。
(2)静电平衡的条件：导体内部的合场强为零，即E合＝0。
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：
[特别提醒](1)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，具有静电平衡的所有特点。
(2)人与大地都是导体，在人摸(触)导体的过程中，带电体、人、大地组成一个新导体，达到静电平衡状态。
(吉林一中2013～2014学年高二上学期检测)一个带有绝缘底座的空心金属球壳A上均匀带有4×10－8C的正电荷，有绝缘柄的金属小球B上带有2×10－8C的负电荷，使B球与球壳A内壁接触。如图所示，则A、B带电荷量分别为(　　)
A．QA＝1×10－8C，QB＝1×10－8C
B．QA＝2×10－8C，QB＝0
C．QA＝0，QB＝2×10－8C
D．QA＝4×10－8C，QB＝－2×10－8C
答案：B
解析：由于A、B带异种电荷，接触以后，要先中和掉一部分电荷，中和以后可以把A、B看做一个整体，对于这个整体来说，由于静电平衡它的内壁和B球将无净电荷的分布。所以QA＝2×10－8C，QB＝0。
二、静电屏蔽
1．实质
静电屏蔽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。
2．静电屏蔽的两种情况
(1)金属壳内部不受外部影响
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)接地的封闭导体壳，内部电场对外部没有影响
如一封闭的导体壳内部空间某点有一点电荷＋q。由于静电感应，导体壳内外表面感应出等量的异种电荷。其电场线如图(甲)所示，当把导体壳接地后，＋q在壳内的电场对壳外空间就没有影响了，如图(乙)所示。
[特别提醒](1)接地的空腔导体，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间也不产生影响，即内外互不影响。
(2)空腔导体不接地，腔外电场对腔内空间不产生影响，腔内电场对腔外空间产生影响。
某农村小塑料场的高频热合机产生的电磁波频率和电视信号频率接近，由于该村尚未接通有线电视信号，空中的信号常常受到干扰，在电视荧屏上出现网状条纹，影响正常收看。为了使电视机不受干扰，可采取的办法是(　　)
A．将电视机用一金属笼子罩起来
B．将电视机用一金属笼子罩起来，并将金属笼子接地
C．将高频热合机用一金属笼子罩起来
D．将高频热合机用一金属笼子罩起来，并将金属笼子接地
答案：D
解析：为了使电视机能接收电磁波信号，但又不接收高频热合机产生的电磁波，应将高频热合机产生的电磁波信号屏蔽，而接地金属笼子具有屏蔽内电场的作用，故选项D正确。
在点电荷－Q的电场中，一金属圆盘处于静电平衡状态，若圆平面与点电荷在同一平面内，则盘上感应电荷在盘中P点所激发的附加场强E′的方向在图中正确的是(　　)
对静电平衡的理解及应用
解析：由于金属圆盘处于静电平衡状态，金属圆盘内各点合场强为零，所以感应电荷的场强与点电荷的场强等大反向。又因为点电荷的电场沿P点与点电荷的连线指向点电荷，所以感应电荷产生的电场方向沿P点与点电荷的连线向外。选项A正确。
答案：A
点评：感应电荷场强的求解思路
(1)先求解外电场在该处场强的大小和方向。
(2)再利用导体内部合场强处处为零和电场的叠加原理，求解感应电荷在该处的场强，此场强与外电场的场强大小相等，方向相反。
如图所示，水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷Q，一表面绝缘的带电的小球(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，在该运动的过程中(　　)
A．小球做匀速直线运动
B．小球做先减速，后加速的运动
C．小球的电势能保持不变
D．电场力对小球所做的功为零
答案：ACD
解析：水平放置的金属板处于点电荷Q的电场中而达到静电平衡状态，是一个等势体，其表面电场线处处与表面垂直，所以小球运动时只在竖直方向上受力的作用，在水平方向上不受力的作用，故带电小球(表面绝缘，电荷量不变)在导体表面滑动时，电场力不做功，故小球做匀速直线运动，所以A、C、D选项正确。
下图中P是一个带电体，N是一个不带电的金属空腔，在哪些情况下，放在绝缘板上的小纸屑(图中S)不会被吸引(　　)
静电屏蔽现象的分析与应用
解析：小纸屑是绝缘体，当处于电场中时，虽不会像导体一样出现电荷的定向移动，但内部的极性分子也会在电场力的作用下移动，使异种电荷一端更靠近施感电荷，因而也会受到施感电荷的吸引力。A中由于静电屏蔽，P的电场影响不到导体N的内部，即N内部无电场，所以S不会被吸引，A正确。B中N没有接地，P的电场会影响到N的外部，即S处有电场，S会被吸引。C中P和S都处于导体N的外部，S处有电场，会被吸引。D中N被接地，内部电场不影响导体外部，即S处无电场，不会被吸引，D正确。
答案：AD
如图所示，用起电机使金属鸟笼带电，站在金属架上的鸟安然无恙，且不带电，其原因是(　　)

A．鸟的脚爪与金属架绝缘
B．鸟与笼电势相同，无电势差
C．鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面
D．起电机使笼带电，笼的电势不会很高
答案：BC
解析：由于金属鸟笼的静电屏蔽作用，使得鸟笼内部场强为零，电荷分布在笼的外表面，C正确；处于静电平衡状态的鸟笼是一个等势体，其上各点电势都相等，故B正确；鸟的脚爪与金属架不是绝缘的，A错误；起电机使鸟笼带电，电势可以达到很高，D错误。
(河南普通高中学生学业水平考试)静电喷涂利用了电荷之间的相互作用，其喷涂原理如图所示，则下列说法正确的是(　　)
静电现象的应用与防止
A．涂料微粒一定带正电
B．涂料微粒一定带负电
C．涂料微粒可能带正电，也可能带负电
D．喷嘴与工件之间的电场为匀强电场
解析：根据电荷间的相互作用特点结合题目中现象图分析。
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，喷嘴与工件之间的电场是非匀强电场，选项D错误；由题图知，待喷涂工件带负电，所以涂料微料应带正电，选项A正确，B、C错误。
答案：A
点评：静电可以被人们利用，目前，静电的应用已有多种，如静电除尘、静电喷涂、静电植绒、静电复印等方面，但依据的物理原理几乎都是让带电的物质微粒在静电力作用下奔向并吸附到电极上。
随着人们生活水平的提高，各种家用电器日益走入我们的居家生活，而家用电器所产生的静电荷会被人体吸收并积存起来，加之居室内墙壁和地板多属绝缘体，空气干燥，因此更容易受到静电干扰。由于老年人的皮肤相对年轻人干燥以及老年人心血管系统的老化、抗干扰能力减弱等因素，因此老年人更容易受静电的影响。心血管系统本来就有各种病变的老年人，静电更会使病情加重。过高的静电还常常使人焦躁不安、头痛、胸闷、呼吸困难、咳嗽。我们平时生活中就应当采取措施，有效防止静电，下列可行的是(　　)
①室内要勤拖地、勤洒些水　②要勤洗澡、勤换衣服
③选择柔软、光滑的化纤类衣物　④尽量避免使用化纤地毯和塑料为表面材料的家具
A．①②③　　　　　 B．①③④
C．①②④ D．②③④
答案：C
解析：室内要保持一定的湿度，室内要勤拖地、勤洒些水；要勤洗澡、勤换衣服，以消除人体表面积聚的静电荷。对于老年人，应选择柔软、光滑的棉纺织衣物，尽量不穿化纤类衣物，以使静电的危害减少到最低限度；尽量避免使用化纤地毯和以塑料为表面材料的家具，以防止摩擦起电。
易错点：对处于静电平衡状态下的导体理解不透导致错误
案例：
如图所示，B是带有绝缘支架的空腔带电金属球壳，A是验电器，A、B相距较远，导线C的一端接验电器的金属球。下列现象正确的是(　　)
A．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔张开
B．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔张开
C．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔不张开
D．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔不张开
易错分析：本题易错选项及错误原因分析如下：
正确解答：假设B带正电，则正电荷应分布在B的外表面上，不管C接B的外壳还是内表面，验电器的金属球导电杆和金属箔通过导线C与B就构成一个整体，因平衡状态下带电体电荷只分布在外表面上，由于验电器在B的外部，也就成了这个整体的外表面的一部分。因此，无论C的另一端与B什么地方接触，验电器一定带电，故A、B正确。
正确答案：AB