《靜電的防止與利用》教案核心素養(yǎng)點(diǎn)擊物理觀念(1)知道什么是靜電平衡狀態(tài)，能說出靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點(diǎn)。(2)知道導(dǎo)體上電荷的分布特征，了解尖端放電、靜電屏蔽現(xiàn)象及其成因。科學(xué)思維會(huì)根據(jù)靜電平衡條件求解感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度?？茖W(xué)探究(1)觀察演示實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析，體會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析推理的方法。(2)查閱并搜集資料，了解靜電屏蔽在技術(shù)和生活中的應(yīng)用?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任能對(duì)公眾利用和防護(hù)靜電的一些行為發(fā)表自己的觀點(diǎn)，有進(jìn)行科學(xué)普及的興趣和責(zé)任感。eq\a\vs4\al(一、靜電平衡與尖端放電)1．填一填(1)靜電平衡放入電場(chǎng)中的導(dǎo)體，由于靜電感應(yīng)，導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)異種電荷，而感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的電場(chǎng)與原電場(chǎng)反向，使導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)減弱，當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為0時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷不再發(fā)生定向移動(dòng)，這時(shí)導(dǎo)體就達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。(2)導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度處處為0。(3)尖端放電①在導(dǎo)體的外表面，越尖銳的位置，電荷的密度越大，周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度越大。②電離：導(dǎo)體尖端周圍的強(qiáng)電場(chǎng)使空氣中殘留的帶電粒子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負(fù)電荷分離的現(xiàn)象。③尖端放電：導(dǎo)體尖端周圍被強(qiáng)電場(chǎng)電離的粒子中，所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷符號(hào)相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷的現(xiàn)象。④應(yīng)用：建筑物的頂端安裝上避雷針以達(dá)到避免雷擊的目的；高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面盡量光滑，以減少電能損失。2．判斷(1)放入電場(chǎng)中的導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)異種電荷是靜電感應(yīng)導(dǎo)致的。(√)(2)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為0。(√)(3)帶電導(dǎo)體尖端電荷密度大，周圍電場(chǎng)強(qiáng)度也大。(√)3．選一選處于靜電平衡中的導(dǎo)體，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零的原因是()A．導(dǎo)體內(nèi)部無任何電場(chǎng)B．外電場(chǎng)不能進(jìn)入導(dǎo)體內(nèi)部C．所有感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的合電場(chǎng)強(qiáng)度為零D．外電場(chǎng)和所有感應(yīng)電荷的電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的結(jié)果為零解析：選D導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零是由于感應(yīng)電荷的電場(chǎng)與外電場(chǎng)疊加的結(jié)果，故D正確。eq\a\vs4\al(二、靜電屏蔽與靜電吸附)1．填一填(1)靜電屏蔽①處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面。②靜電屏蔽：放入電場(chǎng)中的導(dǎo)體殼，由于靜電感應(yīng)，殼內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為0，外電場(chǎng)對(duì)殼內(nèi)的儀器不會(huì)產(chǎn)生影響，金屬殼的這種作用叫作靜電屏蔽。③應(yīng)用：把電學(xué)儀器放在封閉的金屬殼或金屬網(wǎng)里；野外三條高壓輸電線上方架設(shè)兩條導(dǎo)線，與大地相連，把高壓輸電線屏蔽起來。(2)靜電吸附①靜電除塵：設(shè)法使空氣中的塵埃帶電，在靜電力作用下，塵埃到達(dá)電極而被收集起來。②靜電噴漆：接負(fù)高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負(fù)電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為正極的工件運(yùn)動(dòng)，并沉積在工件的表面，完成噴漆工作。③靜電復(fù)?。簭?fù)印機(jī)的核心部件是有機(jī)光導(dǎo)體鼓，在沒有光照時(shí)是絕緣體，有光照時(shí)是導(dǎo)體。復(fù)印機(jī)復(fù)印的工作流程：充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印、放電。2．判斷(1)把儀器放在金屬網(wǎng)內(nèi)和放在封閉的金屬殼內(nèi)能起到同樣的靜電屏蔽作用。(√)(2)用金屬網(wǎng)把驗(yàn)電器罩起來，再使帶電金屬球靠近驗(yàn)電器，則驗(yàn)電器箔片能張開。(×)(3)飛機(jī)輪上裝上拖地線，油罐車后面拖條鐵鏈，都是把靜電導(dǎo)入大地。(√)3．想一想把手機(jī)放在不銹鋼快餐杯中并用蓋子蓋住，手機(jī)還能接通嗎？如果放在塑料飯盒中呢？試一試并解釋其中的原因。提示：手機(jī)放在塑料飯盒中能夠接通，放在不銹鋼快餐杯中不能接通。這是因?yàn)椴讳P鋼快餐杯能夠形成靜電屏蔽，手機(jī)無法接收到外界的電磁信號(hào)，所以不能接通。eq\a\vs4\al(主題探究一)eq\a\vs4\al(對(duì)靜電平衡的理解)[問題驅(qū)動(dòng)]如圖9.4-1所示，不帶電的金屬導(dǎo)體放到電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動(dòng)，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異種電荷。請(qǐng)思考下列問題：(1)自由電子定向移動(dòng)的原因是什么？定向移動(dòng)的方向如何？提示：自由電子受外加電場(chǎng)的電場(chǎng)力作用而移動(dòng)，向著與電場(chǎng)相反的方向定向移動(dòng)。(2)自由電子能否一直定向移動(dòng)？為什么？圖9.4-1提示：不能。感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外加電場(chǎng)反向，阻礙電子的定向移動(dòng)，當(dāng)這兩個(gè)電場(chǎng)大小相等時(shí)，電子的定向移動(dòng)終止?！局仉y釋解】1．靜電平衡狀態(tài)的實(shí)質(zhì)由于靜電感應(yīng)，在導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)等量異種的感應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部形成與原電場(chǎng)E0反向的電場(chǎng)E′，在導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)E′＝－E0，使得合電場(chǎng)強(qiáng)度E內(nèi)＝0。2．對(duì)孤立帶電導(dǎo)體的理解對(duì)一孤立帶電導(dǎo)體，可視為導(dǎo)體處于自己所帶電荷的電場(chǎng)中，達(dá)到靜電平衡時(shí)，也有兩個(gè)基本特點(diǎn)：一是導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零，二是導(dǎo)體所帶電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上。這種情況下導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零的本質(zhì)是：導(dǎo)體表面所帶全部電荷在內(nèi)部任一處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和為零。3．對(duì)靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布的理解(1)實(shí)心導(dǎo)體：導(dǎo)體內(nèi)部無電荷，電荷只分布在導(dǎo)體外表面上。(2)空腔導(dǎo)體：空腔內(nèi)無電荷時(shí)，電荷分布在外表面上(內(nèi)表面無電荷)；空腔內(nèi)有電荷時(shí)，內(nèi)表面因靜電感應(yīng)出現(xiàn)等量的異種電荷，外表面有感應(yīng)電荷。eq\a\vs4\al(典例1)如圖9.4-2所示，在真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷A和B，電荷量分別為－Q和＋2Q，它們相距L，如果在兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O有一半徑為r(2r＜L)的空心金屬球，且球心位于O點(diǎn)，則球殼上的感應(yīng)電荷在O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為()圖9.4-2A.eq\f(12kQ,L2)，水平向右 B．eq\f(12kQ,L2)，水平向左C.eq\f(3kQ,L2)，水平向右 D.eq\f(3kQ,L2)，水平向左[解析]兩個(gè)點(diǎn)電荷A和B在O點(diǎn)處產(chǎn)生的合電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E1＝keq\f(Q,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,2)))2)＋keq\f(2Q,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,2)))2)＝eq\f(12kQ,L2)，方向水平向左。根據(jù)靜電平衡導(dǎo)體上電荷分布的特點(diǎn)可知，球殼上的感應(yīng)電荷在O點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小與兩個(gè)點(diǎn)電荷A和B在O點(diǎn)處產(chǎn)生的合電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反，則球殼上的感應(yīng)電荷在O點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E2＝E1＝eq\f(12kQ,L2)，方向水平向右，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。[答案]A感應(yīng)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度的求解思路(1)求解外電場(chǎng)在該處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向。(2)利用導(dǎo)體內(nèi)部合電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零和電場(chǎng)的疊加原理，求解感應(yīng)電荷在該處的電場(chǎng)強(qiáng)度，此電場(chǎng)強(qiáng)度與外電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】1.一個(gè)帶絕緣底座的空心金屬球A帶有4×10－8C的正電荷，上端開有適當(dāng)小孔，有絕緣柄的金屬小球B帶有2×10－8C的負(fù)電荷，使球B和A球內(nèi)壁接觸，如圖9.4-3所示，則A、B帶電荷量分別為()A．QA＝10－8C，QB＝10－8CB．QA＝2×10－8C，QB＝0圖9.4-3C．QA＝0，QB＝2×10－8CD．QA＝4×10－8C，QB＝－2×10－8C解析：選BA、B接觸達(dá)到靜電平衡后，中和后的電荷只分布在A的外表面上，故B項(xiàng)正確。2．如圖9.4-4所示，一個(gè)方形的金屬盒原來不帶電，現(xiàn)將一個(gè)帶電荷量為＋Q的點(diǎn)電荷放在盒左邊附近，達(dá)到靜電平衡后，盒上的感應(yīng)電荷在盒內(nèi)部產(chǎn)生的電場(chǎng)分布情況正確的是()圖9.4-4解析：選C由于金屬盒內(nèi)部處于靜電平衡狀態(tài)，所以內(nèi)部每點(diǎn)的合電場(chǎng)強(qiáng)度都為0，即金屬盒內(nèi)的感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度都與點(diǎn)電荷＋Q在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反，即感應(yīng)電荷的電場(chǎng)線與點(diǎn)電荷＋Q的電場(chǎng)線重合，但方向相反，故選項(xiàng)C正確。A組·基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1．(2021年上海名校期末)以下不屬于靜電防范的有效措施是()A．使用避雷針 B．靜電復(fù)印C．保持良好接地 D．保持空氣濕度【答案】B【解析】下雨天時(shí)云層帶電打雷，往往在屋頂安裝避雷針，可以導(dǎo)走靜電，防止觸電，故屬于靜電防范，A錯(cuò)誤；復(fù)印機(jī)復(fù)印文件資料，屬于靜電的利用，不屬于靜電防范范圍，B正確；保持良好的接地可以導(dǎo)走靜電，防止觸電，屬于靜電防范，C錯(cuò)誤；保持空氣濕度，可導(dǎo)走靜電，屬于靜電防范，D錯(cuò)誤．2．油罐車后面都有一條拖地的鐵鏈，其作用是()A．向外界散熱B．把電荷導(dǎo)入大地，避免由靜電造成危害C．作為油罐車的標(biāo)志D．發(fā)出響聲，提醒其他車輛和行人的注意【答案】B【解析】油罐車上的搭地鐵鏈?zhǔn)菫榱税旬a(chǎn)生的靜電導(dǎo)走，屬于靜電的防止，故B正確．3．如圖所示是模擬避雷針作用的實(shí)驗(yàn)裝置，金屬板M、N間有兩個(gè)等高的金屬體A、B，A為尖頭、B為圓頭．將金屬板M、N接在高壓電源上，逐漸升高電源電壓，首先觀察到()A．A放電 B．B放電C．A、B一起放電 D．A、B之間放電【答案】A【解析】越尖的物體電荷的面密度越大，其附近的電場(chǎng)越強(qiáng)，越容易使空氣電離，從而容易產(chǎn)生放電現(xiàn)象．A為尖頭，當(dāng)逐漸增加電壓時(shí)，先放電，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．4．導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，下列說法正確的是()A．導(dǎo)體內(nèi)部沒有電場(chǎng)B．導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面C．導(dǎo)體內(nèi)部沒有電荷的運(yùn)動(dòng)D．以上說法均不正確【答案】D【解析】金屬導(dǎo)體的內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零，不是導(dǎo)體內(nèi)部沒有電場(chǎng)，故A錯(cuò)誤；金屬導(dǎo)體在點(diǎn)電荷附近，出現(xiàn)靜電感應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)致電荷重新分布，電荷分布在外表面上，內(nèi)部沒有凈電荷，但是有正、負(fù)電荷，故B錯(cuò)誤；在金屬導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)感應(yīng)電荷的電場(chǎng)，正好與點(diǎn)電荷的電場(chǎng)疊加，內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零，內(nèi)部沒有電荷的定向移動(dòng)，但是電荷的無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)是不停止的，故C錯(cuò)誤；由以上分析可知，故D正確．5．處于靜電平衡的導(dǎo)體，其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零的原因是()A．外電場(chǎng)和所有感應(yīng)電荷的電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部疊加的結(jié)果為零B．外電場(chǎng)不能進(jìn)入導(dǎo)體內(nèi)部C．所有感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的合場(chǎng)強(qiáng)為零D．以上解釋都不正確【答案】A【解析】當(dāng)導(dǎo)體在電場(chǎng)中處于靜電平衡狀態(tài)時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部任意一點(diǎn)，感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)與外場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向相反，此時(shí)導(dǎo)體的內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為0，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面，故B、C、D錯(cuò)誤，A正確．6．(嘉興名校期末)下列說法正確的是()A．打雷時(shí)，待在汽車?yán)锉却谀疚堇镆踩獴．為了安全，避雷針的頂端應(yīng)該設(shè)計(jì)成球形C．制作汽油桶的材料用塑料比用金屬好D．超高壓帶電作業(yè)的工人穿包含金屬絲制成的工作服時(shí)更危險(xiǎn)【答案】A【解析】一輛金屬車身的汽車也是最好的“避雷所”，一旦汽車被雷擊中，它的金屬構(gòu)架會(huì)將閃電電流導(dǎo)入地下，打雷時(shí)，待在汽車?yán)锔踩?，故A正確；避雷針是利用了靜電的尖端放電效應(yīng)制作的，故避雷針必須做成針狀，不能做成球形，B錯(cuò)誤；因?yàn)樗芰虾陀湍Σ寥菀灼痣?，產(chǎn)生的靜電荷不易泄漏，形成靜電積累，造成爆炸和火災(zāi)事故，故C錯(cuò)誤；電力工人高壓帶電作業(yè)，全身穿戴金屬絲網(wǎng)制成的工作服，可以對(duì)人體起到靜電屏蔽作用，使人安全作業(yè)，故D錯(cuò)誤．7．(2021年遼寧名校期末)疫情以來，人們外出需要戴口罩．口罩中間層的熔噴布是一種用絕緣材料做成的帶有靜電的超細(xì)纖維布，它能阻隔幾微米的病毒，這種靜電的阻隔作用屬于()A．靜電屏蔽 B．尖端放電C．靜電感應(yīng)和靜電屏蔽 D．靜電感應(yīng)和靜電吸附【答案】D【解析】由題意可知，熔噴布是一種用絕緣材料做成的帶有靜電的超細(xì)纖維布，所以當(dāng)幾微米的病毒靠近時(shí)，由于靜電感應(yīng)而帶電，從而被熔噴布吸附，則可知其原理為靜電感應(yīng)和靜電吸附，D正確，A、B、C錯(cuò)誤．8．(多選)如圖所示，接地的金屬板右側(cè)有固定的點(diǎn)電荷＋Q，a、b是金屬板右側(cè)表面的兩點(diǎn)，其中a到＋Q的距離較?。铝姓f法正確的是()A．由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電，左側(cè)表面帶正電B．由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電，左側(cè)表面也帶少量負(fù)電C．穩(wěn)定后，整個(gè)導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)不為零D．a(chǎn)、b兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不為零，且a、b兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向相同，但a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)比b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)要強(qiáng)(大)一些【答案】BD【解析】若金屬板不接地，右側(cè)表面將感應(yīng)出負(fù)電荷，左側(cè)表面將感應(yīng)出正電荷；若金屬板接地，自由電子通過接地導(dǎo)線導(dǎo)入金屬板，再次達(dá)到靜電平衡時(shí)左側(cè)表面也帶負(fù)電，所以A錯(cuò)誤，B正確．穩(wěn)定后，導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)為零，否則自由電荷會(huì)受電場(chǎng)力繼續(xù)移動(dòng)，最終達(dá)到零電場(chǎng)的穩(wěn)定狀態(tài)，C錯(cuò)誤．金屬板接地時(shí)，右側(cè)表面上有感應(yīng)負(fù)電荷，而且a點(diǎn)附近的電場(chǎng)線密度(單位表面積的電荷量)比b點(diǎn)附近的電場(chǎng)線密度要大些，場(chǎng)強(qiáng)要強(qiáng)(大)些，金屬表面電場(chǎng)方向必定垂直于表面，否則在電場(chǎng)力作用下自由電子會(huì)移動(dòng)，最終達(dá)到垂直的穩(wěn)定狀態(tài)，可見a、b電場(chǎng)方向相同，所以D正確．9．如圖所示，長(zhǎng)為l的金屬桿原來不帶電，在距其右端d處放一個(gè)電荷量為＋q的點(diǎn)電荷．(1)金屬桿中點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為多少？(2)金屬桿上的感應(yīng)電荷在桿中點(diǎn)處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度為多大？【答案】(1)0(2)eq\f(kq,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(d＋\f(l,2)))2)【解析】(1)金屬桿處于靜電平衡狀態(tài)，其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零．因此，金屬桿中點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為0.(2)點(diǎn)電荷q在金屬桿中點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)E點(diǎn)＝keq\f(q,r2)＝eq\f(kq,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(d＋\f(l,2)))2)，方向水平向左．由于桿中點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為零，所以感應(yīng)電荷在桿中點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與點(diǎn)電荷在該處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向相反，所以，感應(yīng)電荷在桿中點(diǎn)處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小E感＝E點(diǎn)＝eq\f(kq,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(d＋\f(l,2)))2).B組·能力提升10．如圖所示，A為空心金屬球，B為金屬球，A、B原來不帶電，將另一帶正電荷的小球C從A球開口處放入A球中央，小球C不接觸A球，然后用手接觸一下A球，再用手接觸一下B球，再移走C球，則()A．A球帶負(fù)電荷，B球帶正電荷B．A球帶負(fù)電荷，B球不帶電C