人教版(新教材)高中物理必修3优质学案2：9.4 静电的防止与利用.pdf

【人教版（新教材）高中物理必修第三册】学案

9.4静电的防止与利用

课程目标:

1．知道静电感应产生的原因，理解什么是静电平衡状态。

2．理解静电平衡时，导体内部的电场强度处处为零，电荷只分布在导体的外表面上。

3．知道处于静电平衡的导体是等势体，导体表面是等势面。

4．知道尖端放电、静电屏蔽现象及它们的应用。

情景思考:

如图所示，金属笼中的人在电击下完好无损，这是为什么呢？

基础知识:

1．静电平衡状态下导体的电场

(1)静电平衡状态：导体中(包括表面)__________不再发生定向移动，我们就认为导体达到了

静电平衡状态。

(2)静电平衡状态下导体的特点：

①处于静电平衡状态的导体，内部________处处为零。

②处于静电平衡状态的整个导体是一个________，它的表面是一个等势面。

③表面处的电场强度不为零，表面处的电场强度方向跟导体表面________。

2．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________。

(2)在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积上的电荷量)______，凹陷的位置

________电荷。

3．尖端放电

(1)电离：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：导体尖端的电荷密度很大，附近的______很强，使周围中性空气分子电离，

变成带电离子，这些带电离子在强电场的作用下加速，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离子被________到尖端，跟尖端上的电荷______，

这相当于尖端______电荷，这种现象叫做尖端放电。

(3)应用与防止：应用：________；防止：高压输电设备导体的表面尽量做得光滑，避免放

电。

4．静电屏蔽

导体处于静电平衡时，内部电场强度处处为零，表现为电中性，若导体是空腔的，空腔部分

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的________也处处为零，无论导体外部的电场是什么样的，电场都不会________导体内部，

金属壳的这种作用叫做静电屏蔽。

重点难点突破：

1．为什么处于静电平衡状态下的导体内部电场强度处处为零

处在电场中的导体，导体中大量的电荷会在电场力的作用下发生定向移动，在导体的两端出

现等量异种电荷，称为感应电荷。感应电荷会在导体内部激发附加电场，该电场会阻碍电荷

的定向移动，只要外加电场还大于附加电场，电荷的定向移动就会继续进行，导体两端的感

应电荷就会进一步增加，附加电场就会进一步增强，阻碍电荷的定向移动的力度会进一步加

大，当外加电场与附加电场等大时，电荷受力平衡，电荷的定向移动结束。导体处于静电平

衡状态，此时，外加电场与附加电场矢量和为零。

导体内部表现为电中性，若不是这样，导体内部某一区域表现出某种电性，它激发的电场就

会使电荷定向移动，直到这一区域表现为电中性为止。

金属导体中能自由移动的是电子，带正电的金属离子是不动的。

2．怎样理解静电屏蔽

静电屏蔽有两种情况：

(1)导体内空腔不受外界电场的影响，如左下图所示。

(2)接地空腔导体内部电场强度不影响外部空间，如右上图所示。

第一种情况，因场源电荷产生的电场强度与导体球壳表面的感应电荷在空腔内的电场强度矢

量和为零，内部无电场强度，故不受外部电场强度的影响，起到了屏蔽外部电场强度的作用。

第二种情况，当空腔导体接地时，地球与导体形成同一个导体，空腔内壁是场源电荷的近端，

感应异种电荷，地球是远端，感应同号电荷，空腔导体的外表面没有感应电荷，可理解为内

部电场强度对空腔外不产生影响，对内部的电场强度起到了屏蔽作用。

静电屏蔽的实质就是静电感应。研究感应起电的方法就是以场源电荷为参照，近端感应异种

电荷，远端感应同种电荷。

典型例题：

类型一静电平衡状态的特点

『例1』如图所示，长为l的金属杆原来不带电，在距其左端r处放一个电荷量为q的点电

荷。问：

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(1)金属杆中点处的电场强度为多少？

(2)金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的电场强度为多大？

类型二静电屏蔽现象的分析

『例2』如图所示，将悬挂在细线上的带正电荷的小球A放在不带电的金属空心球C内(不

与内壁接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B，向C球靠