《静电现象的应用》知识要点和常见题型.docx

第七节静电现象的应用【知识要点】要点一处理静电平衡的“观点”1. 远近观“远近观”是指处于静电平衡状态的导体，离场电荷较近和较远的两端将感应 出等量的异种电荷，而导体的中间部分可认为无感应电荷产生.2. 整体观“整体观”是指把两个或多个原来彼此绝缘的导体接触或用导线连接时，就可把它们看作是一个大导体，再用“远近观”判断它们的带电情况.要点二静电平衡两种情况的实现方法和其本质是什么？1. 两种情况(1)导体内空腔不受外界影响，如图1-7-2甲所示.(2)接地导体空腔外部不受内部电荷影响，如图乙所示.图1722. 实现过程(1) 如图甲，因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的 合场强为零，达到静电平衡状态，对内实现了屏蔽.(2) 如图乙，当空腔外部接地时，外表面的感应电荷将因接地传给地球，外 部电场消失，对外起到屏蔽作用.3 .本质：静电感应与静电平衡.【例题分析】一、静电平衡下的导体【例1】如图所示，,A图17 导体球A带有正电荷，当只有它存在时，它在空 厂、 B P * 4 - 间尸点产生的电场强度的大小为舟.在A球球心与尸点连线上 '、二有一带负电的点电荷B，当只有它存在时，它在空间P点产生的电场强度大小为EB.当A、B同时存在时，根据场强叠加原理，P点的场强大小应为()A. EbB. Ea+EbC. Ea-EbD.以上说法都不对答案D解析 当带电导体球周围无其他导体或带电体存在时，导体球上的电荷将均 匀分布在导体球表面.根据题意，均匀分布在导体球上的电荷在P点产生的场强 为EA,当把点电荷放在B点后，虽然导体球所带的总电荷量未变，但因静电感 应，导体球上的电荷将重新分布，直到达到静电平衡.这时，导体球上的电荷在 P点产生的场强EJ不等于EA.由于点电荷不涉及电荷如何分布的问题，它在P点 产生的场强与周围是否存在其他电荷无关，所以仍为EB，当点电荷与导体球A 同时存在时，P点的场强应由EA与EB叠加而成，而不是由ea与EB叠加，这样 就能立即断定A、B、C三个选项都是不对的.二、静电平衡【例2】将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属图174空心球C内（不和球壁接触），另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C 靠近，如图17 4所示，说法正确的有（）A. A往左偏离竖直方向，B往右偏离竖直方向B. A的位置不变，B往右偏离竖直方向C. A往左偏离竖直方向，B的位置不变D. A和B的位置都不变答案B解析 带正电的小球A放在不带电的空心球C内，通过静电感应，空心球 外壳带正电，内壁带负电.因此，金属空心球C和带电小球B带异种电荷，所 以B受C球的吸引往右偏离竖直方向.而由于空心球C能屏蔽小球B所产生的 外部电场，使小球A不受外电场的作用，所以A的位置不变.【对点练习】1. 下列措施中，属于防止静电危害的是（）A. 油罐车后有一条拖在地上的铁链条B. 小汽车上有一根露在车面上的小天线C. 在印染厂中保持适当的湿度D. 在地毯上夹杂0.050.07 mm的不锈钢丝导电纤维2. 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（）ABCD3 .如图1一75所示，图175在球壳内部球心放置带电荷量+ Q的点电荷，球壳内有A点，壳壁中有B 点，壳外有C点，则下列说法正确的是（）A. A、B两点场强均为零B. Ea>Eb>EcC. 如果A、C和球心在一条直线上，则A、C两点的场强方向相同D. B点场强方向指向球心4.处于静电平衡状态的导体的特点是什么？【常见题型】题型一静电现象的应用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（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思维步步高空腔导体的特点是什么？空腔导体的外壁和内壁的带电情 况如何？使验电器金属箔片张开的方法有几种？解析在A选项中先和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.答案BCD拓展探究在一个导体球壳内放一个电荷量为+ Q的点电荷，用Ep表示球 壳外任一点的场强，则（）A. 当+ Q在球壳中央时，E =0pB. 不论+ Q在球壳内何处，Ep 一定为零C. 只有当+ Q在球心且球壳接地时，Ep = 0D. 只要球壳接地，不论+ Q在球壳内何处，Ep 一定为零答案D解析如果球壳不接地，球壳内部放入的电荷会产生电场，这个电场周围 的导体会感应出电荷，形成新的电场.方法点拨带电球壳的特点是：所有电荷都分布在球外表面上，球壳内部没有净电 荷.球壳内场强为零.如果在球壳内部放入电荷，则电场线在球壳上中断.题型二静电平衡一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是下图 中的哪一个（）ABC思维步步高在金属球内部的电场分布情况如何？球壳起到什么作用？ 在球壳外还有没有电场存在？如果有，电场指向什么方向？解析在球壳内、外表面之间不会有电场存在，球壳的内表面上应该分布 的是负电荷，外表面上应该分布的是正电荷，所以B选项正确.答案B拓展探究如果把该电荷移到球壳外，请叙述一下电场的分布情况.答案当电荷移动到球壳以外之后，球壳对电场产生屏蔽，球壳内部没有 电场线.方法点拨导电体放在导体内部，导体内壁感应出电荷，根据电荷守恒定律，外壁和内 壁所带电荷性质相反；当电荷放在导体外部，靠近导体处感应出异种电荷，根据 电荷守恒定律，远离导体处感应出同种电荷.【课后作业】一、选择题1. 人们在晚上脱衣服时，有时会看到火花四溅，并伴有“劈啪”声，这是因 为（）A. 衣服由于摩擦而产生了静电B. 人体本身是带电体C. 空气带电，在衣服上放电所致D. 以上说法均不正确2. 一金属球，原来不带电，图1现沿球直径的延长线放置一点电荷，如图1所示.球内直径上G、b、C三点 场强大小分别为E” Eb、Ec，三者相比（）A. Ea最大B. Eb最大C Ec 最大D. Ea = Eb = Ec3. 如图2所示，图2把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中.导体处于静电 平衡时，下列说法正确的是（）A. A、B两点场强相等，且都为零B. A、B两点场强不相等C. 感应电荷产生的附加电场ea<ebD. 当电键S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动4. 如图3所示，金属球壳原来带电，而验电器原来不带电，现将金属球壳 内表面与验电器的金属小球相连验电器的金属箔将（）A. 不会张开 B. 一定会张开C. 先张开，后闭合 D.可能张开5. 如图4所示，两个相同的空心金属球M和N，M带一Q电荷，N不带电 （M、N相距很远，互不影响），旁边各放一个不带电的金属球P和R，当将带正 电Q的小球分别放入M和N的空腔中时（）A. P、R上均出现感应电荷B. P、R上均没有感应电荷C. P上有，而R上没有感应电荷D. P上没有，而R上有感应电荷6在点电荷一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A点所激发的附加场强E的方向在图1 一7 12中正确的是7.如图5所示，A C D B©( ?) 0图5A、B为两个带等量异号电荷的金属球，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流向尤 的电子流C. 若将B球接地，B所带的负电荷全部流入大地D. 若将B球接地，B所带的负电荷还将保留一部分8如图1 7 17所示，在水平放置的光滑金属板中心正上方有一带正电的点 电荷己，另一表面绝缘、带正电的金属小球(可视为质点，且不影响原电场)自左以初速度v0在金属板上向右运动，在运动过程中()A. 小球先做减速后加速运动B. 小球做匀速直线运动C. 小球受到的静电力对小球先做负功，后做正功D. 小球受到的静电力对小球做功为零二、计算论述题9.在正点电荷Q附近有两个绝缘导体M、N，由于静电感应发生了如图6 所示的电荷分布，当用导线将。、d两点连接起来时，导线中是否有电流流过， 如果有电流，电流的方向是怎样的？图610为研究静电除尘，有人设计了一个盒状容器，容器侧面是绝缘的透明有 机玻璃，它的上下底面是面积5=0.04 m2的金属板，间距L=0.05 m,当连接到 U=2 500 V的高压电源正、负两极时，能在两金属板间产生一个匀强电场，如 图8所示.现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在容器内，每立方米有烟尘颗粒 1013个，假设这些颗粒都处于静止状态，每个颗粒带电荷量为= + 1.0X10-17 C， 质量为m=2.0x10-15 kg，不考虑烟尘颗粒之间的相互作用和空气阻力，并忽略 烟尘颗粒所受重力.求合上电键后：图8(1) 经过多长时间烟尘颗粒可以被全部吸附？(2) 除尘过程中电场对烟尘颗粒共做了多少功？(3) 经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大?参考答案【对点练习】1. 答案ACD解析B选项属于防止静电平衡.2. 答案AD3. 答案C解析 +Q放在球壳内，由于静电感应，内壁感应出负电荷，外壁感应出等 量的正电荷.如下图所示，是太2与感应电荷产生的电场线形状，球壳壁内部场 强为零，其他地方的场强与仅存在点电荷+Q时产生的场强相同，故ea>ec>eb； 如果A、C和球心在一条直线上，则A、C两点场强方向相同.4. 答案(1)处于静电平衡状态的导体内部场强处处为零(2) 导体表面任一点的场强方向与该处的表面垂直(3) 净电荷只能分布在导体的外表面上，电荷在导体的外表面上的分布往往 是不均匀的，越尖的地方，电荷分布的密度越大，附近的电场也越强.对一孤立的带电导体，可视为导体处于自己所带电荷的电场中，达到静电平 衡时，也有以上特点.【课后作业】一、选择题1.答案A解析 若我们身穿含有化纤成分的衣服，且始终在运动，使衣服与衣服之间、 衣服和皮肤之间不停地摩擦，在摩擦中会使衣服上带有异种电荷.在脱衣服时正 电荷和负电荷碰到一起就产生放电现象，于是我们听到“劈啪”的放电声音，若是 晚上还可以看见火花四溅的现象.2.答案D3. 答案AD解析 处于静电平衡状态的导体内部合场强为零，所以A选项正确.当电 键闭合，导体和大地是一个整体，导体处于这个整体的尖端，把负电荷从地球上 吸引过来，所以D选项正确.4. 答案A5. 答案D解析 当将带正电Q的小球放入M的空腔中时，对M产生静电感应使M 的内表面带负电，而外表面带正电，其电荷量为Q，它与原来金属球M外表面 所带的一Q正好中和，使外表面不带电，实际上是M所带一Q被吸引至内表面， 所以金属球M外部不存在电场，不能对P产生静电感应，P上没有感应电荷.当 将带正电Q的小球放入原来不带电的N的空腔中时，对N产生静电感应，使N 内表面带负电荷，N外表面带正电荷，N外部有电场，对R产生静电感应，使左 端带负电，右端带正电.选项D正确.6. 答案A7. 答案ABD解析 由图所示的电场线方向可知A、B、C、D的电势高低为UA>UC>UD>UB. 当用导线将C棒的x端与D棒的y端连接的瞬间，将有自由电子从电势低的D 棒流向电势高的C棒，这时C与D已通过导线连接为一个导体了，静电平衡后， 它们的电势相等，C的x端仍带负电，D的y端仍带正电，而C的右端及D的 左端均不带电，即C右端的正电荷与D左端的负电荷中和掉了.当将B球接地 时，一部分自由电子从低于大地电势的B球上流向大地，而一部分电子受到D 棒y端正电荷的吸引而保留在靠近y的近端处，如果把带正电的A球移走，接地 的B球上的负电荷才全部流入大地.故选项A、B、D正确.8解析：选BD.金属板处于静电平衡状态，表面为等势面.因此小球受到的静 电力不做功，小球电势能保持不变，所以动能保持不变，故B、D正确.二、计算论述题9答案有aS的电流10 答案(1)0.02 s (2)2.5x10-4 J (3)0.014 s解析(1)由题可知，只要上板表面的烟尘能被吸附到下板时，烟尘即被认 为全部吸收.烟尘所受静电力为F=qU/L，L=2at2=$t2=藉2.2T.2/-得 *= '端L=0.02 s由于板间烟尘颗粒均匀分布，可以认为烟尘的质心位于板间中点位置， 因此，除尘过程中静电力对烟尘所做总功为W=2NSLqU=2.5x10F J.(3)解法一 设烟尘颗粒下落距离为h，则板内烟尘总动能Ek=|mv2.NS(L-qUh)=Y h NS(L-h).L当h=L时，Ek达最大.则 '=*=寸泡=0.014 s解法二 假定所有烟尘集中于板中央，当烟尘运动到下板时，系统总动能最 大.L_ 1贝版=2勿2所以 t= mrL=0.014 s 持qU