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《对尖端放电、静电屏蔽的理解和应用》教案

[问题驱动]

请观察建筑物上的避雷针(如图9.4-5)，看它们是如何巧妙设计的，分析它们如何能安全引电避雷，它们的造型与建筑物是否协调，并与同学讨论交流。

图9.4-5

提示：在古建筑物的屋顶、屋角设置各种造型的动物，避雷针一端以动物头上的角须形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装，另一端引入大地，从而起到避雷效果。

【重难释解】

1．导体内部不受外部电场影响的情况

(1)现象：由于静电感应，验电器箔片张开，如图9.4-6甲所示。将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图9.4-6乙所示，即外部电场影响不到导体内部。

图9.4-6

(2)本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的电场强度的叠加结果为零。

2．接地导体壳内部电场对壳外空间无影响的情况

(1)现象

①如图9.4-7甲所示，导体壳没有接地时，处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。

图9.4-7

②导体壳接地后，如图9.4-7乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，导体壳内外表面之间及导体壳外部场强处处为零，导体壳外部空间不受内部影响。

(2)本质：仍然是静电感应，使导体壳内表面感应电荷与壳内电荷在导体壳内表面以外空间叠加结果为零。

eq\a\vs4\al(典例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9.4-8所示。下列说法正确的是()

A．球A往左偏离竖直方向，球B往右偏离竖直方向图9.4-8

B．球A的位置不变，球B往右偏离竖直方向

C．球A往左偏离竖直方向，球B的位置不变

D．球A和球B的位置都不变

[解析]C对外界电场有静电屏蔽作用，使处于C内部的A不受外界电场影响，所以A的位置不变；但A在C的外表面感应出正电荷，所以B将向右偏，选项B正确。

[答案]B

静电屏蔽问题的三点注意

(1)空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用，其本质都是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分的电场作用。

(2)对静电感应，要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的，是如何建立起附加电场的，何处会出现感应电荷。

(3)对静电平衡，要理解导体达到静电平衡时所具有的特点。

【素养训练】

3.如图9.4-9所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入金属壳内，但不与B接触，达到静电平衡状态后，则()

A．金属壳B的空腔内电场强度为零

B．金属壳B不带电

C．金属壳B的外表面带正电荷图9.4-9

D．金属壳B的内表面带负电荷

解析：选D因为金属壳的外表面接地，所以外表面无感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电荷，则B的内表面带负电荷，选项D正确，选项B、C错误；B的空腔内有带正电荷的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，由电场叠加知，电场线的方向由A指向B，所以空腔内电场强度不为零，选项A错误。

4.如图9.4-10所示，A为空心金属球，B为实心金属球，A、B两球原来不带电，将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手接触一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则()图9.4-10

A．A球带负电荷，B球带正电荷

B．A球带负电荷，B球不带电

C．A、B两球都带负电荷

D．A、B两球都带正电荷

解析：选B首先带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央。根据静电感应现象可知，A球内表面带负电荷，外表面带正电荷。用手接触A球相当于把A球接地，由大地传导过来的电子与A球外表面正电荷中和，使A球外表面不带电，此时A球对外起静电屏蔽作用，A球内的电场不影响外部。用手接触B时，无电荷移动，B球不带电。当带正电荷的C球从A球内移走后，A球内表面所带的负电荷移至外表面，所以此时A球带负电荷。由上述可知，选项B正确。

一、培养创新意识和创新思维

1．低碳环保是我们追求的生活方式。如图9.4-11所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，当铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极相连，在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香。转动手摇起电机，蚊香产生的烟尘会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟尘又会袅袅上升。关于这个现象，下列说