《靜電現(xiàn)象的應(yīng)用》知識(shí)要點(diǎn)和常見題型

1 11 第七節(jié) 靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 知識(shí)要點(diǎn) 要點(diǎn)一 處理靜電平衡的 觀點(diǎn) 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(gè)或多個(gè)原來彼此絕緣的導(dǎo)體接觸或用導(dǎo)線連接時(shí) 就 可把它們看作是一個(gè)大導(dǎo)體 再用 遠(yuǎn)近觀 判斷它們的帶電情況 要點(diǎn)二 靜電平衡兩種情況的實(shí)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 1 7 2 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 1 7 2 2 實(shí)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(shí)現(xiàn)了屏蔽 2 如圖乙 當(dāng)空腔外部接地時(shí) 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 1 7 一導(dǎo)體球 A 帶有正電荷 當(dāng)只有它存在時(shí) 它在空 間 P 點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度的大小為 EA 在 A 球球心與 P 點(diǎn)連線 上有一帶負(fù)電的點(diǎn)電荷 B 當(dāng)只有它存在時(shí) 它在空間 P 點(diǎn)產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大 小為 EB 當(dāng) A B 同時(shí)存在時(shí) 根據(jù)場強(qiáng)疊加原理 P 點(diǎn)的場強(qiáng)大小應(yīng)為 2 11 A E B B E A E B C E A E B 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(shí) 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(diǎn)產(chǎn)生的 場強(qiáng)為 EA 當(dāng)把點(diǎn)電荷放在 B 點(diǎn)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(shí) 導(dǎo)體球上的 電荷在 P 點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng) EA 不等于 EA 由于點(diǎn)電荷不涉及電荷如何分布的問題 它在 P 點(diǎn)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(diǎn)電荷與 導(dǎo)體球 A 同時(shí)存在時(shí) P 點(diǎn)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(gè)選項(xiàng)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 1 7 4 空心球 C 內(nèi) 不和球壁接觸 另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球 B 向 C 靠近 如圖 1 7 4 所示 說法正確的有 A A 往左偏離豎直方向 B 往右偏離豎直方向 B A 的位置不變 B 往右偏離豎直方向 C A 往左偏離豎直方向 B 的位置不變 D A 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(diǎn)練習(xí) 1 下列措施中 屬于防止靜電危害的是 3 11 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?D 在地毯上夾雜 0 05 0 07 mm 的不銹鋼絲導(dǎo)電纖維 2 下圖中 P 是一個(gè)帶電體 N 是一個(gè)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(huì)被吸引 3 如圖 1 7 5 所示 圖 1 7 5 在球殼內(nèi)部球心放置帶電荷量 Q 的點(diǎn)電荷 球殼內(nèi)有 A 點(diǎn) 殼壁中有 B 點(diǎn) 殼外有 C 點(diǎn) 則下列說法正確的是 A A B 兩點(diǎn)場強(qiáng)均為零 B E A EB EC C 如果 A C 和球心在一條直線上 則 A C 兩點(diǎn)的場強(qiáng)方向相同 D B 點(diǎn)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(diǎn)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(gè)不帶電的金箔驗(yàn)電器 A 和一個(gè)帶正電荷的空腔導(dǎo)體 B 下列實(shí)驗(yàn)方法中能使驗(yàn)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(yàn)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 4 11 D 使驗(yàn)電器 A 靠近 B 思維步步高 空腔導(dǎo)體的特點(diǎn)是什么 空腔導(dǎo)體的外壁和內(nèi)壁的帶電情 況如何 使驗(yàn)電器金屬箔片張開的方法有幾種 解析 在 A 選項(xiàng)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(shí)驗(yàn)電器箔片不張開 答案 BCD 拓展探究 在一個(gè)導(dǎo)體球殼內(nèi)放一個(gè)電荷量為 Q 的點(diǎn)電荷 用 Ep 表示球 殼外任一點(diǎn)的場強(qiáng) 則 A 當(dāng) Q 在球殼中央時(shí) E p 0 B 不論 Q 在球殼內(nèi)何處 E p 一定為零 C 只有當(dāng) Q 在球心且球殼接地時(shí) E p 0 D 只要球殼接地 不論 Q 在球殼內(nèi)何處 E p 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(huì)產(chǎn)生電場 這個(gè)電場周 圍的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出電荷 形成新的電場 方法點(diǎn)撥 帶電球殼的特點(diǎn)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(gè)不帶電的空心金屬球 在它的球心處放一個(gè)正電荷 其電場分布是下 圖中的哪一個(gè) 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(huì)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(xiàng)正確 答案 B 5 11 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(dòng)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(diǎn)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(shí) 有時(shí)會(huì)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(diǎn)電荷 如圖 1 所示 球內(nèi)直徑上 a b c 三 點(diǎn)場強(qiáng)大小分別為 Ea E b E c 三者相比 A E a 最大 B E b 最大 C E c 最大 D E a E b E c 3 如圖 2 所示 圖 2 把一個(gè)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(shí) 下列說法正確的是 A A B 兩點(diǎn)場強(qiáng)相等 且都為零 6 11 B A B 兩點(diǎn)場強(qiáng)不相等 C 感應(yīng)電荷產(chǎn)生的附加電場 EAEC EB 如果 A C 和球心在一條直線上 則 A C 兩點(diǎn)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(diǎn)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(shí) 也有以上特點(diǎn) 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(yùn)動(dòng) 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(huì)使衣服上帶有異種電荷 在脫衣 服時(shí)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 D 10 11 3 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(xiàng)正確 當(dāng)電 鍵閉合 導(dǎo)體和大地是一個(gè)整體 導(dǎo)體處于這個(gè)整體的尖端 把負(fù)電荷從地球 上吸引過來 所以 D 選項(xiàng)正確 4 答案 A 5 答案 D 解析 當(dāng)將帶正電 Q 的小球放入 M 的空腔中時(shí) 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(shí)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(shí) 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(xiàng) 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(shí) C 與 D 已通過導(dǎo)線連接為一個(gè)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(shí) 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(xiàng) 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(dòng)能保持不變 故 B D 正確 二 計(jì)算論述題 9 答案 有 a d 的電流 11 11 10 答案 1 0 02 s 2 2 5 10 4 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(shí) 煙塵即被認(rèn) 為全部吸收 煙塵所受靜電力為 F qU L L at2 t2 12 12Fm qUt22mL 得 t L 0 02 s 2mqU 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(diǎn)位置 因此 除塵過程中靜電力對煙塵所做總功為 W NSLqU 2 5 10 4 J 12 3 解法一 設(shè)煙塵顆粒下落距離為 h 則板內(nèi)煙塵總動(dòng)能 Ek mv2 NS L h h NS L h 12 qUL 當(dāng) h 時(shí) E k 達(dá)最大 L2 又據(jù) h a 21t 12 則 t1 L 0 014 s 2ha mqU 解法二 假定所有煙塵集中于板中央 當(dāng)煙塵運(yùn)動(dòng)到下板時(shí) 系統(tǒng)總動(dòng)能 最大 則 at L2 12 21 所以 t1 L 0 014 s mqU