(������+2)
答案:(1)0
(2)k
(2)条件:内部电场处处为零,即 E 内=0。 感应电荷在导体内部形成与电场 E0 反向的电场 E',在导体内任 一点 E'=-E0,使得合电场强度 E 内=0。 2.静电平衡状态的特点 (1)导体处于静电平衡状态时,内部电场强度处处为零。 (2)处于静电平衡状态的导体,电荷只分布在导体的外表面上。 (3)处于静电平衡状态的导体表面上任一点的电场强度方向与 该点表面垂直。可用反证法证明。若不垂直,沿表面有切向分量,电 荷将发生定向移动。 (4)处于静电平衡状态的导体,其表面的电荷分布规律为尖端附 近电荷分布较多,凹进部分电荷分布较少。 (5)处于静电平衡状态的导体是个等势体,导体表面是等势面。
典题例解
【例 1】 图中金属球 A 的半径为 R,电荷量为 Q。点电荷 B 的 电荷量为 q,B 与球 A 的球心间的距离为 r。当 B 不存在而只有 A 存 在且达到静电平衡时,电荷 Q 在球心 O 处的电场强度等于 , 这是因为 ;当点电荷 B 也同时存在并达到静电平衡时,球心 O 处的电场强度等于 , 金属球上的电荷在球心 O 处产生的电场强度大小等于 ,这 是因为 。 思路分析:本题应根据静电平衡的条件、 点电荷产生的电场强度
3.尖端放电 (1)电离:使空气分子中的正负电荷分离,这种现象叫作空气的电 离。 (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,变成带电离子,这些带电离子在强电场的作用 下加速,会使更多的空气分子电离,产生大量的正负离子,与导体尖端 的电荷符号相反的离子被吸引到尖端,跟尖端上的电荷中和,这相当 于尖端失去电荷,这种现象叫作尖端放电。 (3)应用与防止:应用:避雷针;防止:高压输电设备的表面尽量做 得光滑,避免放电。 4.静电屏蔽 导体处于静电平衡时,内部电场强度处处为零,表现为电中性,若 导体是空腔的,空腔部分的电场强度也处处为零,无论导体外部的电 场是什么样的,电场都不会深入到导体内部,金属壳的这种作用叫作 静电屏蔽。
预习交流
飞机在云层与云层之间飞行或起飞、 着陆时都有可能遭遇雷击。 但是当飞机遭遇雷击时,电流可以从雷电云达到飞机头部,纵向流过 机身外壳,最后从机尾凌空打到地上或从其中一机翼打过另一机翼, 横向流过机身。但不管怎样,闪电都只会沿着飞机外壳流过,而不会 进入机内对乘客造成伤害,你知道这是为什么吗? 答案:飞机外壳是金属材料的,它会在雷击时形成静电屏蔽,保护 飞机内的乘客。
A.Ea 最大 B.Eb 最大 C.Ec 最大 D.Ea=Eb=Ec 解析:金属球在电场中达到静电平衡,内部电场强度处处为零,故 D 选项正确。 答案:D
2.如图所示,长为 L 的金属杆原来不带电,在距其左端 r 处放一个 电荷量为 q 的点电荷。问:
(1)金属杆中点处的电场强度为多少? (2)金属杆上的感应电荷在杆中点处产生的电场强度为多大? 解析:(1)导体棒处于静电平衡时内部电场强度处处为 0,故金属 杆中点处电场强度为 0。 (2)内部电场强度是两个电场强度的叠加, 所以 E 感-E=0 ������ E 感=E=k ������ 2。
的计算公式
������������ E= 2 及电场强度叠加原理分析求解。 ������
解析:金属球 A 处于静电平衡状态时,内部合电场强度处处为零。 由于点电荷 B 在球心 O
������������ 大小必为 2 。 ������
原理,(重新分布后的)金属球上的电荷在球心 O 处产生的电场强度
答案:0
������������ ������2
������������ 处的电场强度大小为 2 ,根据电场强度叠加 ������
处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零
0
导体要处于静电平衡状态,其内部合电场强度必处处为零
迁移应用 1.如图所示,原来不带电的金属球,现在沿球直径的延长线上放 置一个点电荷,球内直径上三点 a、b、c,三点电场强度大小分别为 Ea、Eb、Ec 三者相比( )
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静电现象的应用
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1.能说出静电平衡的概念及其产生条件。 2.熟记静电平衡状态的导体的特点。 3.会分析关于静电屏蔽的相关问题。 重点 重点:静电平衡状态的产生条件及对点火器的针状电极
在燃气灶和燃气热水器中,常常安装电子点火器,接通电子线路 时产生高电压,通过高压放电的电火花来点燃气体。我们看到,图中 点火器的放电电极做成了针形。这是为什么? 与此相反,验电器的金属杆上端却固定一个金属球而不做成针 尖状,这又是为什么? 简答:点火器的放电电极做成针状是利用尖端放电现象,使在电 压不高的情况下也容易点火。 验电器的金属杆上端固定一个金属球是防止出现尖端放电现 象,使验电器在电压较高时也不会放电(漏电)。
预习导引
1.静电平衡状态下导体的电场 (1)静电平衡状态:导体中(包括表面)自由电子不再发生移动,我 们就认为导体达到了静电平衡状态。 (2)静电平衡状态下导体的特点: ①处于静电平衡状态的导体,内部电场强度处处为零。 ②处于静电平衡状态的整个导体是一个等势体,它的表面是一 个等势面。 ③表面处的电场强度不为零,表面处的电场强度方向跟导体表 面垂直。 2.导体上电荷的分布 (1)处于静电平衡状态的导体,内部没有电荷,电荷只分布在 导体的外表面。 (2)在导体外表面,越尖锐的位置,电荷的密度(单位面积上的电 荷量)越大,凹陷的位置几乎没有电荷。
一、 静电平衡状态下的导体
知识精要 1.静电平衡状态
(1)概念:如图所示,金属导体中自由电子受到导体周围电场的静 电力作用后向左移动,在右侧出现正电荷,这种现象就是静电感应现 象。 导体两侧正、 负电荷在导体内部产生与原电场反向的电场,因与 原来的电场反向,叠加的结果是使原电场强度逐渐减弱,直至导体内 部各点的合电场强度等于零为止,此时导体内的自由电子不再发生 定向移动,导体达到了静电平衡状态。