第4节　静电的防止与利用-物理人教版必修第三册.pdf

第节静电的防止与利用

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学习目标1.知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态的导体的特性。2.

知道什么是静电屏蔽及其有关应用。3.了解静电吸附原理及其应用。

知识点一静电平衡尖端放电

如图所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向

移动，使导体两端出现等量异种电荷。请思考下列问题：

(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？

(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？

提示(1)自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动，向着与电场相反的方向

定向移动。

(2)不能。感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个

电场大小相等时，电子的定向移动终止。

1.静电平衡

(1)静电平衡：导体内的自由电子不再发生定向移动的状态。

(2)处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为0。

(3)导体上电荷的分布

①静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。

②在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大。

2.尖端放电

(1)空气的电离：在一定条件下，导体尖端周围的强电场使空气中残留的带电粒子

发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷分离的现象。

(2)尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖

端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。

(3)尖端放电的应用与防止

①应用：避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。

②防止：高压设备中导体的表面应该尽量光滑，减少电能的损失。

【思考】

(1)验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，原因是什么？

(2)避雷针的顶端设计成针尖的形状而不设计成球形的原因又是什么？

提示(1)传到验电器上的电荷会向尖端聚集，而验电器的金属杆上端固定一个金

属球，不会使金属小球上聚集很多电荷，这是为了防止尖端放电。

(2)避雷针利用尖端放电的原理来避雷，必须做成针状，不能做成球形，带电云层

靠近建筑物时，避雷针上产生的感应电荷会通过针尖放电，中和云层中的电荷。

1.对静电平衡的三点理解

(1)静电平衡是自由电荷发生定向移动的结果，达到静电平衡时，自由电荷不再发

生定向移动。

(2)金属导体建立静电平衡的时间是非常短暂的。

(3)导体达到静电平衡后内部电场强度处处为零是指外电场E与导体两端的感应

电荷产生的附加电场E′的合电场强度为零，E′＝－E。

2.处于静电平衡时的导体上的电荷分布特点

(1)净电荷只分布在导体表面，内部没有净电荷。

(2)感应电荷分布于导体两端，电性相反，电荷量相等，近异远同，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。

3.处于静电平衡的导体周围的电场分布情况

电场线与导体表面垂直。静电平衡的导体尖端电荷集中，电荷电场线密集。

4.感应电荷电场强度的求解思路

(1)先求解外电场在该处电场强度的大小和方向。

(2)再利用导体内部合电场强度处处为零和电场的叠加原理，求解感应电荷在该处

的电场强度，此电场强度与外电场的电场强度大小相等，方向相反。

角度1对静电平衡的理解

例1如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中，

导体处于静电平衡状态。下列说法正确的是()

A.导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度

B.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度E＝E

AB

C.感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EE

AB

D.当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动

答案D

解析枕形导体在正点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布，因此

在枕形导体内部出现感应电荷的电场与点电荷的电场叠加，静电平衡时，导体内

部电场强度处处为零，A错误；导体内部的电场强度处处为零，所以感应电荷产

生的附加电场强度的大小与点电荷产生的电场强度的大小相等，方向相反，故

EE，B、C错误；当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，D正确。

AB

角度2处于静电平衡的导体的电荷分布