物理人教版 (2019)4 静电的防止与利用优秀学案

这是一份物理人教版 (2019)4 静电的防止与利用优秀学案，文件包含94静电的防止与利用原卷版docx、94静电的防止与利用解析版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共40页， 欢迎下载使用。

知识点1：静电平衡状态
1.静电感应现象
把导体放人电场,导体内的自由电子在电场力作用下定向移动，而使导体两端出现等量异种电荷的现象.
2.静电平衡状态：
导体在电场中发生静电感应现象,感应电荷的电场与原电场叠加,使导体内部各点的合场强等于零,导体内的自由电子不再发生定向移动的状态.导体中（包括表面上）没有电荷定向移动的状态。
如上图所示，金属导体中自由电子受到导体周围电场的电场力作用后向左移动，在右侧出现多余正电荷，导体两侧正、负电荷在导体内部产生与原电场反向的电场，因与原来的电场反向，叠加的结果是使原电场强度逐渐减弱，直至导体内部各点的合电场强度等于零为止，此时F＝E内q＝0，导体内的自由电子不再发生定向移动，处于一个平衡状态，我们就说导体达到静电平衡状态。
3．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。
由于静电感应，在导体两侧出现等量异种感应电荷，感应电荷在导体内部形成与电场E0反向的电场E′，在导体内任一点E′=－E0，使得合电场强度E内=0。
静电平衡状态的特征
（1）导体达到静电平衡状态后内部场强处处为零是指外电场的电场强度与导体表面感应电荷产生的电场强度的矢量和为零,而不是导体表面的感应电荷在导体内部产生的电场强度为零.外电场在导体内部某点产生的电场强度与没有导体时在该点产生的电场强度相同.
（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垂直。
（3）处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体的表面为等势面。
（4）金属导体达到静电平衡的时间是非常短的。
（5）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。
（6）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。
知识点2：静电平衡时导体上电荷的分布特点
1.内外表面分布不同，电荷都分布在外表面上，导体内部没有净电荷。
2.感应电荷分布于导体两端，电性相反，电量相等，远同近异，如图甲所示。
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。
处于静电平衡状态时,导体的外表面是相对的.(1)当场源电荷放在空心球体外面时,感应的电荷只分布在外侧,空心球体的内侧没有电荷,如图甲所示;(2)当场源电荷放在空心球体的内部时,则感应电荷在两个表面(均为外表面)都有分布,如图乙所示.
【典例1】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，验电器的金属箔片张开
B．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔片闭合
C．将C的另一端与B的外壳接触，验电器的金属箔片不张开
D．将C的另一端与B的内表面接触，验电器的金属箔片不张开
【典例2】如图，一半径为R电荷量为Q的带电金属球，球心位置O固定，P为球外一点。几位同学在讨论P点的场强时，下列说法正确的是（ ）
A．若P点无限靠近球表面，因为球表面带电，由库仑定律可得，P点的场强趋于无穷大
B．因为在球内场强处处为0，若P点无限靠近球表面，则P点的场强趋于0
C．若Q不变，P点的位置也不变，而令R变小，则P点的场强不变
D．若将一个点电荷在球的表面移动一段距离，该点电荷的电势能增加
【典例3】如图所示，长为L的导体棒AB原来不带电，现将一个带正电的点电荷Q放在导体棒的左侧BA延长线上的C点，且C点距离导体棒的A端为R，O为AB的中点。当导体棒达到静电平衡后，下列说法正确的是（ ）
A．导体棒A端电势低，B端电势高
B．导体棒A端带正电，B端带负电
C．感应电荷在O点的场强方向由O点指向A
D．感应电荷在O点的场强大小E=4kQ4R2+L2
【典例4】（多选）如图所示，将不带电导体AB，放在一个点电荷的电场中，点电荷的电荷量为Q，与导体AB的中心O的距离为R。当达到静电平衡时，若沿虚线1将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量分别为QA、QB；若沿虚线2将导体分成两部分，这两部分所带电荷量分别为Q′A和Q′B。对于上述实验，下列判断正确的是（ ）
A．导体A端的电势低于B端的电势
B．Q′A=Q′B，Q′A为正电荷
C．QAEB，φA=φB B． EA=EB，φA=φB
C． EA>EB，φA>φB D． EA=EB，φA>φB
4．如图所示，四个电荷量均为＋q的点电荷固定在一个正方形abcd的四个顶点上，用一小型金属球壳将d点处正电荷封闭在球心位置，球壳半径远小于ab边长。M、N分别为ab和bc的中点，则下列说法正确的是（ ）
A．O点处的电场强度方向沿Od方向B．M点处的电场强度大小为0
C．N点处的电场强度方向沿ON方向D．若将金属球壳接地，O点处的电场强度不变
5．在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：如图所示，一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐（金属）片，瓶内的金属片和锯条的情况如图所示（俯视图）。将锯条与起电机的负极相连，金属片与起电机的正极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。当把起电机一摇，强电场使空气电离而产生负离子和正离子，负离子碰到烟尘微粒使它带负电，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。关于此实验下列说法正确的是（ ）
A．烟尘在向某极运动过程中一定做匀加速运动
B．场强方向由锯条指向金属片
C．起电机工作后烟尘会向锯条运动，最终被锯条吸附
D．起电机工作后烟尘运动过程中电势能减小
6．如图，为了研究静电屏蔽现象，某同学将可视为正点电荷的带电小球置于封闭金属空腔的外部或内部，其中Q、N的金属空腔和大地相接，P、M的金属空腔与外界绝缘。规定大地的电势为零，关于场强大小和电势高低，下列说法中正确的是（ ）
A．P金属空腔内任意一点的场强大于零，电势大于零
B．Q金属空腔内任意一点的场强等于零，电势等于零
C．M金属空腔外附近一点的场强等于零，电势大于零
D．N金属空腔外附近一点的场强大于零，电势等于零
7．接地导体球壳外固定放置着一个点电荷，空间电场线的分布如图所示，a、b为点电荷与球壳球心连线上的两点，a点在点电荷左侧，b点在点电荷右侧，a、b两点到点电荷的距离相等。下列说法正确的是（ ）
A．该点电荷带负电
B．a点的电场强度比b点的大
C．b点的电势小于零
D．导体球壳内的电场强度等于零
二、多选题
8．早期的滤尘器由两块带正电的平行板及之间的一组带负电的导线构成，如图所示，带电导线附近会形成很强的电场使空气电离，废气中的尘埃吸附离子后在电场力的作用下向收集板迁移并沉积，以达到除尘目的。假设尘埃向收集板运动过程中所带电量不变，下列判断正确的是（ ）
A．两平行板间存在匀强电场B．带正电尘埃向收集板运动并沉积
C．两平行板间越靠近带电导线电势越低D．带电尘埃向收集板运动过程中电势能减小
9．很多以煤做燃料的电厂、电站每天排出的烟气带走大量的煤粉，如图甲所示，这不仅浪费燃料，而且严重地污染环境，为了消除烟气中的煤粉，可利用静电除尘，如图乙，m、n为金属管内两点。在P、Q两点加高电压时，金属管内空气电离，电离出来的电子在静电力的作用下，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，导致煤粉被吸附到管壁上，排出的烟就清洁了。就此示意图，下列说法正确的是（ ）
A．Q接电源的正极
B．电场强度Eₘ>Eₙ
C．金属圆筒内越靠近Q极电势越高
D．带上负电的煤粉在向管壁运动的过程中其运动轨迹为抛物线
10．如图是滚筒式静电分选器的原理图，导体滚筒C和放电针G分别接于直流电源的正、负板，并令C接地。放电针G与滚筒C间施加高压并电离空气，颗粒a、b经过电离空气后都带上电荷。b颗粒直接掉落在F盘，a颗粒被刮板D刮落到E盘。下列说法正确的是（ ）
A．a、b两种颗粒都具有良好的导电性
B．a、b两种颗粒都具有良好的绝缘性
C．在分选过程中，a、b两种颗粒都带负电
D．对调G、C间的极性，分离器仍能正常工作