《靜電現(xiàn)象的應(yīng)用》知識要點和常見題型總結(jié)11頁

第七節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 【知識要點】要點一 處理靜電平衡的“觀點”1遠(yuǎn)近觀“遠(yuǎn)近觀”是指處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，離場電荷較近和較遠(yuǎn)的兩端將感應(yīng)出等量的異種電荷，而導(dǎo)體的中間部分可認(rèn)為無感應(yīng)電荷產(chǎn)生2整體觀“整體觀”是指把兩個或多個原來彼此絕緣的導(dǎo)體接觸或用導(dǎo)線連接時，就可把它們看作是一個大導(dǎo)體，再用“遠(yuǎn)近觀”判斷它們的帶電情況要點二 靜電平衡兩種情況的實現(xiàn)方法和其本質(zhì)是什么？1兩種情況(1)導(dǎo)體內(nèi)空腔不受外界影響，如圖172甲所示(2)接地導(dǎo)體空腔外部不受內(nèi)部電荷影響，如圖乙所示圖1722實現(xiàn)過程(1)如圖甲，因場源電荷產(chǎn)生的電場與導(dǎo)體球殼表面上感應(yīng)電荷在空腔內(nèi)的合場強(qiáng)為零，達(dá)到靜電平衡狀態(tài)，對內(nèi)實現(xiàn)了屏蔽(2)如圖乙，當(dāng)空腔外部接地時，外表面的感應(yīng)電荷將因接地傳給地球，外部電場消失，對外起到屏蔽作用3本質(zhì)：靜電感應(yīng)與靜電平衡. 【例題分析】一、靜電平衡下的導(dǎo)體【例1】 如圖所示，圖17一導(dǎo)體球A帶有正電荷，當(dāng)只有它存在時，它在空間P點產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的大小為EA.在A球球心與P點連線上有一帶負(fù)電的點電荷B，當(dāng)只有它存在時，它在空間P點產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小為EB.當(dāng)A、B同時存在時，根據(jù)場強(qiáng)疊加原理，P點的場強(qiáng)大小應(yīng)為()AEBBEAEBC|EAEB| D以上說法都不對答案D解析當(dāng)帶電導(dǎo)體球周圍無其他導(dǎo)體或帶電體存在時，導(dǎo)體球上的電荷將均勻分布在導(dǎo)體球表面根據(jù)題意，均勻分布在導(dǎo)體球上的電荷在P點產(chǎn)生的場強(qiáng)為EA，當(dāng)把點電荷放在B點后，雖然導(dǎo)體球所帶的總電荷量未變，但因靜電感應(yīng)，導(dǎo)體球上的電荷將重新分布，直到達(dá)到靜電平衡這時，導(dǎo)體球上的電荷在P點產(chǎn)生的場強(qiáng)EA不等于EA.由于點電荷不涉及電荷如何分布的問題，它在P點產(chǎn)生的場強(qiáng)與周圍是否存在其他電荷無關(guān)，所以仍為EB，當(dāng)點電荷與導(dǎo)體球A同時存在時，P點的場強(qiáng)應(yīng)由EA與EB疊加而成，而不是由EA與EB疊加，這樣就能立即斷定A、B、C三個選項都是不對的二、靜電平衡【例2】 將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬圖174空心球C內(nèi)(不和球壁接觸)，另有一個懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近，如圖174所示，說法正確的有()AA往左偏離豎直方向，B往右偏離豎直方向BA的位置不變，B往右偏離豎直方向CA往左偏離豎直方向，B的位置不變DA和B的位置都不變答案B解析帶正電的小球A放在不帶電的空心球C內(nèi)，通過靜電感應(yīng)，空心球外殼帶正電，內(nèi)壁帶負(fù)電因此，金屬空心球C和帶電小球B帶異種電荷，所以B受C球的吸引往右偏離豎直方向而由于空心球C能屏蔽小球B所產(chǎn)生的外部電場，使小球A不受外電場的作用，所以A的位置不變【對點練習(xí)】1.下列措施中，屬于防止靜電危害的是()A油罐車后有一條拖在地上的鐵鏈條B小汽車上有一根露在車面上的小天線C在印染廠中保持適當(dāng)?shù)臐穸菵在地毯上夾雜0.050.07 mm的不銹鋼絲導(dǎo)電纖維2下圖中P是一個帶電體，N是一個不帶電的金屬空腔，在哪些情況下，放在絕緣板上的小紙屑(圖中S)不會被吸引()3如圖175所示，圖175在球殼內(nèi)部球心放置帶電荷量Q的點電荷，球殼內(nèi)有A點，殼壁中有B點，殼外有C點，則下列說法正確的是()AA、B兩點場強(qiáng)均為零BEA>EB>ECC如果A、C和球心在一條直線上，則A、C兩點的場強(qiáng)方向相同DB點場強(qiáng)方向指向球心4處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點是什么？【常見題型】題型一 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用在絕緣板上放有一個不帶電的金箔驗電器A和一個帶正電荷的空腔導(dǎo)體B.下列實驗方法中能使驗電器箔片張開的是() A用取電棒(帶絕緣柄的導(dǎo)體棒)先跟B的內(nèi)壁接觸一下后再跟A接觸B用取電棒先跟B的外壁接觸一下后再跟A接觸C用絕緣導(dǎo)線把驗電器跟取電棒的導(dǎo)體部分相連，再把取電棒與B的內(nèi)壁接觸D使驗電器A靠近B思維步步高 空腔導(dǎo)體的特點是什么？空腔導(dǎo)體的外壁和內(nèi)壁的帶電情況如何？使驗電器金屬箔片張開的方法有幾種？解析在A選項中先和B的內(nèi)壁接觸后，由于B的內(nèi)壁本身沒有電荷，所以再接觸A時驗電器箔片不張開答案BCD拓展探究 在一個導(dǎo)體球殼內(nèi)放一個電荷量為Q的點電荷，用Ep表示球殼外任一點的場強(qiáng)，則()A當(dāng)Q在球殼中央時，Ep0B不論Q在球殼內(nèi)何處，Ep一定為零C只有當(dāng)Q在球心且球殼接地時，Ep0D只要球殼接地，不論Q在球殼內(nèi)何處，Ep一定為零答案D解析如果球殼不接地，球殼內(nèi)部放入的電荷會產(chǎn)生電場，這個電場周圍的導(dǎo)體會感應(yīng)出電荷，形成新的電場方法點撥帶電球殼的特點是：所有電荷都分布在球外表面上，球殼內(nèi)部沒有凈電荷球殼內(nèi)場強(qiáng)為零如果在球殼內(nèi)部放入電荷，則電場線在球殼上中斷. 題型二 靜電平衡一個不帶電的空心金屬球，在它的球心處放一個正電荷，其電場分布是下圖中的哪一個()思維步步高 在金屬球內(nèi)部的電場分布情況如何？球殼起到什么作用？在球殼外還有沒有電場存在？如果有，電場指向什么方向？解析在球殼內(nèi)、外表面之間不會有電場存在，球殼的內(nèi)表面上應(yīng)該分布的是負(fù)電荷，外表面上應(yīng)該分布的是正電荷，所以B選項正確答案B拓展探究 如果把該電荷移到球殼外，請敘述一下電場的分布情況答案當(dāng)電荷移動到球殼以外之后，球殼對電場產(chǎn)生屏蔽，球殼內(nèi)部沒有電場線方法點撥導(dǎo)電體放在導(dǎo)體內(nèi)部，導(dǎo)體內(nèi)壁感應(yīng)出電荷，根據(jù)電荷守恒定律，外壁和內(nèi)壁所帶電荷性質(zhì)相反；當(dāng)電荷放在導(dǎo)體外部，靠近導(dǎo)體處感應(yīng)出異種電荷，根據(jù)電荷守恒定律，遠(yuǎn)離導(dǎo)體處感應(yīng)出同種電荷. 【課后作業(yè)】一、選擇題1人們在晚上脫衣服時，有時會看到火花四濺，并伴有“劈啪”聲，這是因為()A衣服由于摩擦而產(chǎn)生了靜電B人體本身是帶電體C空氣帶電，在衣服上放電所致D以上說法均不正確2一金屬球，原來不帶電，圖1現(xiàn)沿球直徑的延長線放置一點電荷，如圖1所示球內(nèi)直徑上a、b、c三點場強(qiáng)大小分別為Ea、Eb、Ec，三者相比()AEa最大BEb最大CEc最大 DEaEbEc3如圖2所示，圖2把一個架在絕緣支架上的枕形導(dǎo)體放在正電荷形成的電場中導(dǎo)體處于靜電平衡時，下列說法正確的是()AA、B兩點場強(qiáng)相等，且都為零BA、B兩點場強(qiáng)不相等C感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場EA<EBD當(dāng)電鍵S閉合時，電子從大地沿導(dǎo)線向?qū)w移動4如圖3所示，金屬球殼原來帶電，而驗電器原來不帶電，現(xiàn)將金屬球殼內(nèi)表面與驗電器的金屬小球相連驗電器的金屬箔將()圖3A不會張開 B一定會張開C先張開，后閉合 D可能張開5如圖4所示，兩個相同的空心金屬球M和N，M帶Q電荷，N不帶電(M、N相距很遠(yuǎn)，互不影響)，旁邊各放一個不帶電的金屬球P和R，當(dāng)將帶正電Q的小球分別放入M和N的空腔中時()圖4AP、R上均出現(xiàn)感應(yīng)電荷BP、R上均沒有感應(yīng)電荷CP上有，而R上沒有感應(yīng)電荷DP上沒有，而R上有感應(yīng)電荷6在點電荷Q的電場中，一金屬圓盤處于靜電平衡狀態(tài)，若圓平面與點電荷在同一平面內(nèi)，則盤上感應(yīng)電荷在盤中A點所激發(fā)的附加場強(qiáng)E的方向在圖1712中正確的是()圖17127如圖5所示，圖5A、B為兩個帶等量異號電荷的金屬球，將兩根不帶電的金屬棒C、D放在兩球之間，則下列敘述正確的是()AC棒的電勢一定高于D棒的電勢B若用導(dǎo)線將C棒的x端與D棒的y端連接起來的瞬間，將有從y流向x的電子流C若將B球接地，B所帶的負(fù)電荷全部流入大地D若將B球接地，B所帶的負(fù)電荷還將保留一部分8如圖1717所示，在水平放置的光滑金屬板中心正上方有一帶正電的點電荷Q，另一表面絕緣、帶正電的金屬小球(可視為質(zhì)點，且不影響原電場)自左以初速度v0在金屬板上向右運動，在運動過程中()A小球先做減速后加速運動B小球做勻速直線運動C小球受到的靜電力對小球先做負(fù)功，后做正功D小球受到的靜電力對小球做功為零二、計算論述題9在正點電荷Q附近有兩個絕緣導(dǎo)體M、N，由于靜電感應(yīng)發(fā)生了如圖6所示的電荷分布，當(dāng)用導(dǎo)線將a、d兩點連接起來時，導(dǎo)線中是否有電流流過，如果有電流，電流的方向是怎樣的？圖610為研究靜電除塵，有人設(shè)計了一個盒狀容器，容器側(cè)面是絕緣的透明有機(jī)玻璃，它的上下底面是面積S0.04 m2的金屬板，間距L0.05 m，當(dāng)連接到U2 500 V的高壓電源正、負(fù)兩極時，能在兩金屬板間產(chǎn)生一個勻強(qiáng)電場，如圖8所示現(xiàn)把一定量均勻分布的煙塵顆粒密閉在容器內(nèi)，每立方米有煙塵顆粒1013個，假設(shè)這些顆粒都處于靜止?fàn)顟B(tài)，每個顆粒帶電荷量為q1.01017 C，質(zhì)量為m2.01015 kg，不考慮煙塵顆粒之間的相互作用和空氣阻力，并忽略煙塵顆粒所受重力求合上電鍵后：圖8(1)經(jīng)過多長時間煙塵顆?？梢员蝗课?？(2)除塵過程中電場對煙塵顆粒共做了多少功？(3)經(jīng)過多長時間容器中煙塵顆粒的總動能達(dá)到最大？參考答案【對點練習(xí)】1.答案ACD解析B選項屬于防止靜電平衡2.答案AD3.答案C解析Q放在球殼內(nèi)，由于靜電感應(yīng)，內(nèi)壁感應(yīng)出負(fù)電荷，外壁感應(yīng)出等量的正電荷如下圖所示，是Q與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場線形狀，球殼壁內(nèi)部場強(qiáng)為零，其他地方的場強(qiáng)與僅存在點電荷Q時產(chǎn)生的場強(qiáng)相同，故EA>EC>EB；如果A、C和球心在一條直線上，則A、C兩點場強(qiáng)方向相同4.答案(1)處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)處處為零(2)導(dǎo)體表面任一點的場強(qiáng)方向與該處的表面垂直(3)凈電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上，電荷在導(dǎo)體的外表面上的分布往往是不均勻的，越尖的地方，電荷分布的密度越大，附近的電場也越強(qiáng)對一孤立的帶電導(dǎo)體，可視為導(dǎo)體處于自己所帶電荷的電場中，達(dá)到靜電平衡時，也有以上特點.【課后作業(yè)】一、選擇題1.答案A解析若我們身穿含有化纖成分的衣服，且始終在運動，使衣服與衣服之間、衣服和皮膚之間不停地摩擦，在摩擦中會使衣服上帶有異種電荷在脫衣服時正電荷和負(fù)電荷碰到一起就產(chǎn)生放電現(xiàn)象，于是我們聽到“劈啪”的放電聲音，若是晚上還可以看見火花四濺的現(xiàn)象2.答案D3.答案AD解析處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部合場強(qiáng)為零，所以A選項正確當(dāng)電鍵閉合，導(dǎo)體和大地是一個整體，導(dǎo)體處于這個整體的尖端，把負(fù)電荷從地球上吸引過來，所以D選項正確4.答案A5.答案D解析當(dāng)將帶正電Q的小球放入M的空腔中時，對M產(chǎn)生靜電感應(yīng)使M的內(nèi)表面帶負(fù)電，而外表面帶正電，其電荷量為Q，它與原來金屬球M外表面所帶的Q正好中和，使外表面不帶電，實際上是M所帶Q被吸引至內(nèi)表面，所以金屬球M外部不存在電場，不能對P產(chǎn)生靜電感應(yīng)，P上沒有感應(yīng)電荷當(dāng)將帶正電Q的小球放入原來不帶電的N的空腔中時，對N產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使N內(nèi)表面帶負(fù)電荷，N外表面帶正電荷，N外部有電場，對R產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使左端帶負(fù)電，右端帶正電選項D正確6.答案A 7.答案ABD解析由圖所示的電場線方向可知A、B、C、D的電勢高低為UA>UC>UD>UB.當(dāng)用導(dǎo)線將C棒的x端與D棒的y端連接的瞬間，將有自由電子從電勢低的D棒流向電勢高的C棒，這時C與D已通過導(dǎo)線連接為一個導(dǎo)體了，靜電平衡后，它們的電勢相等，C的x端仍帶負(fù)電，D的y端仍帶正電，而C的右端及D的左端均不帶電，即C右端的正電荷與D左端的負(fù)電荷中和掉了當(dāng)將B球接地時，一部分自由電子從低于大地電勢的B球上流向大地，而一部分電子受到D棒y端正電荷的吸引而保留在靠近y的近端處，如果把帶正電的A球移走，接地的B球上的負(fù)電荷才全部流入大地故選項A、B、D正確8解析：選BD.金屬板處于靜電平衡狀態(tài)，表面為等勢面.因此小球受到的靜電力不做功，小球電勢能保持不變，所以動能保持不變，故B、D正確.二、計算論述題9答案 有ad的電流10答案(1)0.02 s(2)2.5104 J(3)0.014 s解析(1)由題可知，只要上板表面的煙塵能被吸附到下板時，煙塵即被認(rèn)為全部吸收煙塵所受靜電力為FqU/L，Lat2t2得t L0.02 s(2)由于板間煙塵顆粒均勻分布，可以認(rèn)為煙塵的質(zhì)心位于板間中點位置，因此，除塵過程中靜電力對煙塵所做總功為WNSLqU2.5104 J.(3)解法一設(shè)煙塵顆粒下落距離為h，則板內(nèi)煙塵總動能Ekmv2NS(Lh)hNS(Lh)當(dāng)h時，Ek達(dá)最大又據(jù)ha 則t1 L0.014 s解法二假定所有煙塵集中于板中央，當(dāng)煙塵運動到下板時，系統(tǒng)總動能最大則at所以t1 L0.014 s 11 / 11