【精准解析】高中物理人教版选修3-1教师用书：第1章7　静电现象的应用含解析

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7　静电现象的应用
[学习目标]　1.[科学思维]知道什么是静电平衡状态，理解处于静电平衡状态
导体的特性。(重点)2.[科学态度与责任]知道什么是静电屏蔽及其有关应用。3.[科
学思维]知道导体上电荷的分配规律。(难点)4.[物理观念]了解尖端放电现象。
一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布
1．静电感应现象：处于电场中的导体，由于电场力的作用，电荷出现重新
分布的现象。
2．静电平衡状态：导体中(包括表面上)没有电荷定向移动的状态。
3．静电平衡状态的特征
(1)处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。
(2)处于静电平衡状态的导体，外部表面附近任何一点的场强方向必跟该点的
表面垂直。
(3)处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，导体的表面为等势面。
4．导体上电荷的分布
(1)导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面。
(2)在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷
的位置几乎没有电荷。
二、尖端放电和静电屏蔽
1．电离：导体尖端的电荷密度很大，附近的场强很强，空气中的带电粒子
剧烈运动，使空气分子被撞“散”而使正、负电荷分离的现象。
2．尖端放电：导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与
尖端的电荷中和，相当于导体从尖端失去电荷的现象。
3．静电屏蔽：静电平衡时，导体壳内空腔里的电场处处为零，外电场对壳
内不会产生影响。
4．尖端放电和静电屏蔽的应用、防止
(1)尖端放电
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尽量光滑，减少电能的损失。
(2)静电屏蔽的应用
① 电学仪器和电子设备外面会有金属罩，通讯电缆外面包一层铅皮，可以防
止外电场的干扰。
② 电工高压带电作业时，穿戴金属丝网制成的衣、帽、手套、鞋子，可以对
人体起到静电屏蔽作用，使人安全作业。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)处于静电平衡状态的导体内部任意两点间的电势差为零。 (√)
(2)静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，导体的电势也为零。 (×)
(3)避雷针能避免建筑物被雷击是因为云层中带的电荷被避雷针通过导线导入
大地。 (×)
(4)用金属网把验电器罩起来，再使带电金属球靠近验电器，则验电器箔片能
张开。 (×)
(5)飞机轮上装有拖地线，油罐车后面拖条铁链都是把静电导入大地。 (√)
2．在手术时，为防止麻醉剂乙醚爆炸，地砖要用导电材料制成，医生和护
士要穿由导电材料制成的鞋子和外套、一切设备要良好接地，甚至病人身体也要
良好接地。这是为了(　　)
A．杀菌消毒　B．消除静电
C．利用静电 D．防止漏电
B　[在可燃气体环境(如乙醚)中产生的静电，容易引起爆炸，应设法把产生
的静电消除掉(如导入大地)，因此选项 B正确。]
3．(多选)关于静电感应和静电平衡，以下说法正确的是(　　)
A．静电感应是由于导体内的自由电子受静电力作用的结果
B．导体内的自由电子都不运动称为静电平衡
C．处于静电平衡状态时，导体所占空间各处场强均为零
D．处于静电平衡状态时，导体内部将没有多余的“净”电荷
AD　[静电平衡是由于导体内的自由电子受静电力的作用而发生定向移动 ，
最后达到稳定的状态，选项 A正确；达到静电平衡后，自由电子不再定向移动，
但是仍然做无规则的热运动，选项 B错误；导体处于静电平衡时，电荷只分布在
导体外表面上，导体内部没有多余的“净”电荷，选项 D正确；导体处于静电平
衡时，导体内部的场强为零，但导体表面的场强不为零，选项 C错误。]
对静电平衡的理解
1.静电平衡的实质：在达到静电平衡的过程中，外电场引起导体内自由电荷
的定向移动使导体两侧出现感应电荷，感应电荷的电场和外电场方向相反，使合
场强减小，随着感应电荷的继续增加，合场强逐渐减小，直至合场强为零，自由
电荷的定向移动停止。
2．静电平衡的条件：导体内部的合场强为零，即E合＝0。
3．静电平衡状态的特点
(1)处于静电平衡状态下的导体的特点
① 导体内部某处感应电荷产生的场强 E′与周围原电场场强 E大小相等，方向
相反，两者相互抵消，导体内部处处合场强 E合为零，但导体表面的电场强度不
为零。
② 整个导体是一个等势体，导体表面是等势面，但电势不一定为零。
③电场线与导体表面垂直。
(2)静电平衡状态下的导体的电荷分布特点
①净电荷都分布在导体的表面，导体内部没有净电荷。②感应电荷分布于导
体两端，电性相反，电量相等，远同近异，如图甲所示。
甲　　　 　　　乙
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。
【例 1】　在真空中有两个点电荷 A和B，电荷量分别为－Q和＋2Q，相距
为2l，如果在两个点电荷连线的中点 O有一个半径为r(r≪l)的空心金属球，且球
心位于 O点，如图所示，则球壳上的感应电荷在 O处的场强的大小为多少？方向
如何？
[解析]　根据电场的叠加和静电平衡，球心 O处的合场强为 0，即感应电荷
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