《静电现象的应用》知识要点和常见题型中学教育竞赛题中学教育试题.pdf

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1、优质资料 欢迎下载 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 172 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 172 2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

2、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，图 17一导体球A 带有正电荷，当只有它存在时，它在空间P 点产生的电场强度的大小为EA.在A球球心与P 点连线上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()优质资料 欢迎下载 AEB BEAEB C|EAEB|D以上说法都不对 答案 D 解析 当带电导体球周围无其他导

3、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 EA 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

4、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 174 所示，说法正确的有()AA往左偏离竖直方向，B 往右偏离竖直方向 BA的位置不变，B 往右偏离竖直方向 CA往左偏离竖直方向，B 的位置不变 DA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

5、】1.下列措施中，属于防止静电危害的是()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体空腔外部不受内部电荷影响如图乙所示实现过程图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蔽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荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度的大小为在球球心与点连线上有一带负电的点电荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度大小为当同时存在时根据场强叠加原

6、理点的场强大小应为优质资料欢迎下载以上说法都不对优质资料 欢迎下载 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()3如图 175 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()AA、B 两点场强均为零 BEAEBEC C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 DB

7、 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 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

8、的带体空腔外部不受内部电荷影响如图乙所示实现过程图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蔽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荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度的大小为在球球心与点连线上有一带负电的点电荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度大小为当同时存在时根据场强叠加原理点的场强大小应为优质资料欢迎下载以上说法都不对优质资料 欢迎下载 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，

9、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，Ep0 B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，Ep0 D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

10、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()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 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体空腔外部不受内部电荷影响如图乙所示实现过程图如图甲因场源电荷产生的电场与导体球

11、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蔽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荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度的大小为在球球心与点连线上有一带负电的点电荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度大小为当同时存在时根据场强叠加原理点的场强大小应为优质资料欢迎下载以上说法都不对优质资料 欢迎下载 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

12、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 a、b、c 三点场强大小分别为 Ea、Eb、Ec，三者相比()AEa最大 BEb最大 CEc最大 DEaEbEc 3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()AA、B 两点场强相

13、等，且都为零 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体空腔外部不受内部电荷影响如图乙所示实现过程图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蔽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荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度的大小为在球球心与点连线上有一带负电的点电荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度大小为当同时存在时根据场强叠加原理点的场强大小应为优质资料欢

14、迎下载以上说法都不对优质资料 欢迎下载 BA、B 两点场强不相等 C感应电荷产生的附加电场 EAECEB；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

15、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 D 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体空腔外部不受内部电荷影响如图乙所示实现过程图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蔽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荷当只有它存在时它在空

16、间点产生的电场强度的大小为在球球心与点连线上有一带负电的点电荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度大小为当同时存在时根据场强叠加原理点的场强大小应为优质资料欢迎下载以上说法都不对优质资料 欢迎下载 3.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 A 5.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Q 正好中和，使外表面不带电，实际

17、上是 M 所带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 A 7.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 UAUCUDUB.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

18、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 ad 的电流 10 答案(1)0.02 s(2)2.5 10

19、4 J(3)0.014 s 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体空腔外部不受内部电荷影响如图乙所示实现过程图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蔽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荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度的大小为在球球心与点连线上有一带负电的点电荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度大小为当同时存在时根据场强叠加原理点的场强大小

20、应为优质资料欢迎下载以上说法都不对优质资料 欢迎下载 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FqU/L，L12at212Fmt2qUt22mL 得 t 2mqUL0.02 s(2)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W12NSLqU2.5 104 J.(3)解法一 设烟尘颗粒下落距离为 h，则板内烟尘总动能 Ek12mv2 NS(Lh)qULh NS(Lh)当 hL2时，Ek达最大 又据 h12a21t 则 t1 2ha mqUL0.014 s 解法二 假定所有烟尘集中于板中央

21、，当烟尘运动到下板时，系统总动能最大 则L212at21 所以 t1 mqUL0.014 s 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体空腔外部不受内部电荷影响如图乙所示实现过程图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蔽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荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度的大小为在球球心与点连线上有一带负电的点电荷当只有它存在时它在空间点产生的电场强度大小为当同时存在时根据场强叠加原理点的场强大小应为优质资料欢迎下载以上说法都不对