2021-2022高中物理人教版选修3-1作业：第一章第7节静电现象的应用2含解析

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《静电现象的应用》

1．静电平衡状态

(1)概念：导体内的自由电子不发生定向移动时，导体就达到了静电平衡状态．

(2)静电平衡状态导体的特征

①处于静电平衡状态的导体，内部场强处处为零．

②处于静电平衡状态的导体，其外部表面附近任一点场强方向与该点的所在表面垂直．

③静电平衡状态下的导体是个等势体．

④处于静电平衡状态的导体内部没有净电荷，净电荷只能分布在导体外表面上．

2．尖端放电

(1)达到静电平衡时，导体表面越尖的地方，电荷分布的密集度越大．

(2)尖端放电：导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，使周围中性空气分子电离

成正负离子，那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子被吸引到尖端，与尖端上的

电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷，这种现象叫做尖端放电．

(3)应用与防止

应用举例：避雷针；防止举例：高压输电设备的表面尽量做得光滑，避免放电．

3．对于处在静电平衡状态的导体，以下说法中正确的是(　　)

A．导体内部既无正电荷，又无负电荷

B．导体内部和外表面处的电场均为零

C．导体处于静电平衡时，导体表面的电荷代数和为零

D．导体内部电场为零是外加电场与感应电荷产生的电场叠加的结果

答案　D

解析　导体处于静电平衡状态时，其内部无净电荷，即其正、负电荷总量相等，电荷

量为零.其表面处有净电荷，以至于该处电场不为零．

4．一个带电金属球，当它带的电荷量增加后(稳定)，其内部场强(　　)

A．一定增加

B．一定减弱

C．可能增加也可能减弱

D. 不变

答案　D

【概念规律练】

知识点一　感应电荷产生的场强的计算

1. 如图 1所示，长为 l的导体棒水平放置，原来不带电，现将一带电荷量为＋q的点电

荷放在距离棒左端 R处，当棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒的中点处产生的场强等

于多少？方向如何？

图1

答案　kq/(R＋)2　方向水平向左

解析　导体棒在点电荷＋q的电场中发生静电感应，左端出现负电荷，右端出现正电

荷，棒中任一点都有两个电场，即外电场——＋q在该点形成的电场 E，感应电场——棒

上感应电荷在该点形成的电场 E′，达到静电平衡时 E＝E′.题中所求的即为 E′，于是我们转

化为求 E.棒的中点距离＋q为r＝R＋l/2，于是 E′＝E＝，E和E′方向相反，水平向左．

2. 如图 2所示，点电荷 A和B带电荷量分别为 3.0×10－8 C 和－2.4×10－8 C，彼此相距 6

cm.若在两点电荷连线中点 O处放一个半径为 1 cm 的金属球壳，求球壳感应电荷在该中点

处产生的电场强度．

图2

答案　5.4×105 N/C　方向由 O指向 A

解析　＋q1在O点的场强大小为 E1＝k＝3×105 N/C，方向由 O指向 B；－q2在O点的

场强大小为 E2＝k＝2.4×105 N/C，方向由 O指向 B；设感应电荷在 O点的场强为 E3，由静

电平衡条件知 E3＝E1＋E2＝5.4×105 N/C，方向由 O指向 A.

点评　处于静电平衡状态的导体，其内部场强为零，即外加电场与感应电荷的电场场

强大小相等，方向相反，因此只需求出外加电场的场强，便可求得感应电荷产生的场强．

知识点二　静电平衡状态电势特点与电荷分布规律

3. 如图 3所示，水平放置的金属板正上方放有一固定的正点电荷 Q，一表面绝缘的带

正电小球(可视为质点且不影响 Q的电场)，从左端以初速度 v0滑上金属板，沿光滑的上表

面向右运动到右端，在该运动过程中(　　)

图3

A．小球做匀速直线运动

B．小球先做减速运动，后做加速运动

C．小球的电势能保持不变

D．静电力对小球所做的功为零

答案　ACD

解析　由于金属板处于点电荷 Q形成的电场中，达到静电平衡后，金属板的上表面是

一个等势面，表面上电场线是垂直向下的，所以小球受到重力、支持力、向下的电场力，

合力为零，故小球做匀速直线运动．电场力对小球不做功．选 A、C、D.

点评　静电平衡状态下的导体是一个等势体，其外表面是一个等势面，因而在其表面

上电场线与表面垂直．

4．如图 4所示，在绝缘板上放有一个不带电的金箔验电器 A和一个带正电荷的空腔导

体B.下列实验方法中能使验电器箔片张开的是(　　)

图4

A．用取电棒 C(带绝缘柄的导体棒)先跟B的内壁接触一下后再跟 A接触

B．用取电棒 C先跟B的外壁接触一下后再跟 A接触

C．用绝缘导线把验电器跟取电棒 C的导体部分相连，再把取电棒与 B的内壁接触

D．使验电器 A靠近B

答案　BCD

解析　在 A选项中先和 B的内壁接触后，由于 B的内壁本身没有电荷，所以再接触 A

时验电器箔片不张开；而 B项中可以使 C球带电，从而使 A球带电；C项中用绝缘导线实

际上将验电器和 B连成了一个导体， A球因接触而带电； D项中是感应起电．所以

B、C、D项正确．

点评　处于静电平衡状态的导体，其电荷只能分布在导体的外表面上．因为导体内部

的场强处处为零，导体内部就不可能有未被抵消的电荷．假如内部某处有静电荷，在它附

近的场强就不可能为零．

知识点三　静电屏蔽

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