山东省专用2018_2019学年高中物理第一章静电场第7节静电现象的应用讲义含解析新人教版选修3

E'
-
2、 导体两端出现感应 电荷,感应电荷在导体中 中产生反方向的附加场.
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E0
- E'
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-
3、感应电荷的电场增到 与外电场相等时，导体内 合场强为零。自由电荷的 定向移动停止 .
- E=0 E0 -
4、静电平衡：导体 中无电荷定向移动 的状态,就叫静电平 衡状态.
静电平衡
发生静电感应的导体，当感应电荷产生的附 加电场E`和原电场E在导体内叠加为零，即E`=E 时，自由电子停止定向移动，这时导体所处的状 态叫静电平衡状态。
金1、属静导电体感内应部结构有什么特点？
把金属导体放在外电场E0中，由于导体内的自 由电子受电场力作用而定向移动，使导体表面出 现感应电荷的现象叫静电感应。
A
D
E0
B
C
2.静电平衡
-
-
---E0- Nhomakorabea-
-
1、导体中自由电荷 在电场力作用下将发 生定向移动.
电休-子止E' 会的无运动-下E' 去吗？ 为什么- ？ -
尖端放电的原理有何应用？
避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施
自主学习
各学习小组分别从生活中静电的应用、 生产中静电的应用、静电危害的防护等 角度收集有关实例
导法体拉上第电圆荷筒的实分验布:
21
用两个带有绝缘手柄的金 属小球分别接触带有电荷 的金属圆筒的内壁和外壁.
法拉第圆筒实验:
1
2
和外壁接触的小球使验电 器箔片张开,表明金属筒外 壁有电荷分布.
法拉第圆筒实验: 1
2 和内壁接触的小球 不能使验电器箔片 张开,表明金属筒内 壁没有电荷分布.

第7节 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 ＋l 2)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 ＝kq (R ＋l 2)2，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 ＋q 1在O 点的场强大小为E 1＝k q 1(d 2)2＝3×105 N/C ，方向由O 指向B ；－q 2在O 点的场强大小为E 2＝k q 2(d 2)2＝2.4×105 N/C ，方向由O 指向B ；设感应电荷在O 点的场强为E 3，由静电平衡条件知E 3＝E 1＋E 2＝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v 0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4A ．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5．下列实验中，验电器的金属箔会张开的图是()答案 B解析A中不会张开，金属网可以屏蔽外电场．B中会张开，因为金属网未接地，网内的带电体可以对外界产生影响．C中不会张开，因为金属网已接地，网内的带电体对网外无影响，网外的带电体对网内也无影响．6. 如图5所示，原来不带电的金属球壳内壁接地，将一带正电的小球放入其中，但不与球壳接触，则()图5A．球壳内壁带负电B．球壳外壁带正电C．球壳外壁不带电D．若将接地线去掉再移出正电荷，壳外壁带负电答案ACD解析球壳内正电荷产生电场，使球壳处于静电平衡状态，在球壳的内表面出现等量异种电荷，球壳的外表面出现等量同种电荷，当球壳接地时，不论内表面接地还是球壳外表面接地，待稳定后球壳的电势必定为零．球壳的外表面无感应电荷，球壳外也没有静电场，这就是接地导体壳的静电屏蔽作用．故A、C选项正确．若将接地线断开再移去壳内正电荷时，壳内表面的负电荷就会分布到球壳的外表面上，内壁不再带电．故D选项正确．【方法技巧练】一、感应电荷电场线的确定方法7. 如图6所示，在孤立点电荷＋Q的电场中，金属圆盘A处于静电平衡状态．若金属圆盘平面与点电荷在同一平面内，试在圆盘A内做出由盘上感应电荷形成的附加电场的三条电场线．(用实线表示，要求严格作图)图6答案如图所示解析画出感应电荷形成的附加电场在A圆盘内的三条电场线(实线)如图所示．导体A 处于静电平衡状态，因此内部每点的合场强都为零，即导体A内的每一点，感应电荷产生的电场强度都与点电荷Q在那点的电场强度大小相等、方向相反，即感应电荷的电场线与点电荷Q的电场线重合，且方向相反．方法总结处于静电平衡状态下导体内部由点电荷产生的电场(外电场)、感应电荷产生的电场，其实际电场为叠加后的合电场，且为零．因此，根据外加电场情况便可确定感应电荷的电场分布情况．二、电荷分布情况的确定方法8. 如图7所示，A为空心金属球，B为金属球，将另一带正电的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手摸一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则()图7A．A球带负电，B球带正电B．A球带负电，B球不带电C．A、B两球都带负电D．A、B两球都带正电答案 B解析首先带正电的小球C从A球开口处放入A球中央，根据静电感应现象可知，A 球内表面感应带负电荷，外表面感应带正电荷，手接触A相当于A接地，由地面上来的电子与A球外表面正电荷中和，使A球外表面不带电，A球外表面电势为零，此时A球对外起静电屏蔽作用，A球内的电场不影响外部．电子为何从地面流入A球？因为带正电的A球外表面电势比地面零电势高，手触A后，电子由低电势流向高电势，此时B球电势也为零．手离开A后，C球不动，各处场强及电势分布情况不变，所以手接触B时，无电荷移动，所以B球不带电．当带正电的C球从A球内移走后，A球内表面所带的负电荷移至外表面，所以A球带负电．C球移走后，A球内表面负电荷移至外表面，这是因为带电导体处于静电平衡状态时，导体内部和空腔内表面均没有静电荷，电荷均分布在导体的外表面．由上述可知，选项B 是正确的．9. 一个带有绝缘座的空心金属球壳A带有4×10－8 C 的正电荷，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8C 的负电荷，使B球与球壳A内壁接触，如图8所示，则A、B带电荷量分别为()图8A．Q A＝1×10－8 C Q B＝1×10－8 CB．Q A＝2×10－8 C Q B＝0C．Q A＝0Q B＝2×10－8 CD．Q A＝4×10－8 C Q B＝－2×10－8 C答案 B解析B与A接触后，净电荷全部分布在外表面，内壁电荷量为零．点拨处于静电平衡状态的导体，净电荷仅分布在外表面．1．一个不带电的空心金属球，在它的球心处放一个正电荷，其电场分布是下图中的哪一个()答案 B2．请用学过的电学知识判断下列说法正确的是()A．电工穿绝缘衣比穿金属衣安全B．制作汽油桶的材料用金属比用塑料好C．小鸟停在单根高压输电线上会被电死D．打雷时，呆在汽车里比呆在木屋里要危险答案 B解析由静电屏蔽的知识可知，A、D选项均错；金属可以消除多余的静电，B项正确；单根高压输电线上相距较近的两点之间电阻很小，因而电压较小，小鸟不会被电死，C选项错误．3. 一金属球，原来不带电，现沿球的直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图9所示．金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的电场分别为E a、E b、E c，三者相比有()图9A．E a最大B．E b最大C．E c最大D．E a＝E b＝E c答案 C解析处于静电平衡的导体内部电场处处为零，故a、b、c三点的电场都为零，静电平衡的导体内部电场为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结果，所以感应电荷在球内某点产生的电场与MN在这一点产生的电场等大反向．比较a、b、c三点感应电场的电场强度，实质上是比较带电体MN在这三点的电场．由于c点离MN最近，故MN在c点的电场最大，感应电荷在c点电场也最大．正确选项为C项．点拨静电平衡的导体内部的电场强度为零是空间中所有电荷在导体内任一点产生的电场强度的矢量和为零．4．金属球壳原来带有电荷，而验电器原来不带电，如图10所示，现将金属球壳内表面与验电器的金属小球相连．验电器的金属箔将()图10A．不会张开B．一定会张开C．先张开，后闭合D．可能会张开答案 B解析处于静电平衡状态的导体，净电荷仅分布在外表面，细导线将球壳内壁与验电器连接后，验电器应看做是金属球壳的外部．5. 如图11所示，带电体Q靠近一个接地空腔导体，空腔里面无电荷．在静电平衡后，下列物理量中等于零的是()图11A ．导体腔内任意点的场强B ．导体腔内任意点的电势C ．导体外表面的电荷量D ．导体空腔内表面的电荷量答案 ABD解析 静电平衡状态下的导体内部场强处处为零，且内表面不带电，故选项A 、D 正确；由于导体接地，故整个导体的电势为零，选项B 正确；导体外表面受带电体Q 的影响，所带电荷量不为零，故选项C 不正确．6．图12中接地金属球A 的半径为R ，球外点电荷的电荷量为Q ，到球心的距离为r.该点电荷的电场在球心的场强大小等于( )图12A ．k Q r 2－k Q R 2B ．k Q r 2＋k Q R 2C ．0D ．k Q r 2 答案 D7．如图13所示，在真空中，把一个绝缘导体AB 向带负电的小球P 缓慢靠近(不相碰)，下列说法中正确的是( )图13 A ．B 端的感应电荷越来越多B ．导体内部场强越来越大C ．导体的感应电荷在M 点产生的场强恒大于在N 点产生的场强D ．感应电荷在M 、N 两点产生的场强相等答案 AC解析 绝缘导体AB 缓慢靠近带负电的小球P 的过程中，导体AB 始终处于静电平衡状态．其内部场强一直为零．由于外电场越来越强，导体B 端的感应电荷会越来越多，由于外电场在M 点的场强恒大于N 点的场强，而感应电荷的场强与外电场的场强大小相等、方向相反，所以感应电荷在M 点的场强恒大于在N 点产生的场强．8. 如图14所示，为一空腔球形导体(不带电)，现将一个带正电的小金属球A 放入腔中，当静电平衡时，图中a 、b 、c 三点的场强E 和电势φ的关系是( )图14 A ．E a >E b >E c ，φa >φb >φcB ．E a ＝E b >E c ，φa ＝φb >φcC ．E a ＝E b ＝E c ，φa ＝φb >φcD ．E a >E c >E b ，φa >φb >φc答案 D9. 如图15所示，带电荷量为＋q 的点电荷与均匀带电薄板相距为2d ，点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心．若图中a 点处的电场强度为零，根据对称性，带电薄板在图中b 点处产生的电场强度大小为________，方向________．(静电力常量为k)图15答案 k q d 2 向左 解析 a 点处的场强由两部分组成，一是点电荷在a 处的场强，大小为E ＝k q d 2，方向向左；二是带电薄板在a 处的场强，由题知，这两个场强的合场强为零，所以薄板在a 处的场强大小为E a ＝k q d 2，方向向右．根据对称性可知，薄板在b 处的场强为E b ＝k q d 2，方向向左．第8节 电容器的电容1．任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器，使电容器两个极板分别带上等量异种电荷的过程叫做充电，两极板同时失去电荷的过程叫做放电．电容器的带电荷量是指其中一个极板上带电荷量的绝对值．2．电容器的电容是这样定义的，电容器所带的电荷量Q 与电容器两极板间的电势差U 的比值．它的物理意义是表示电容器容纳电荷本领的物理量．在国际单位制中的单位是法拉，符号用F 表示．电容的定义式是C ＝Q U，但电容的大小与定义它的Q 和U 无关． 3．平行板电容器的电容与两平行板的正对面积成正比，与有无电介质有关，与电介质的相对介电常数成正比，与两平行板间的距离成反比．4．下列关于电容器和电容的说法中，正确的是( )A ．根据C ＝Q/U 可知，电容器的电容与其所带电荷量成正比，跟两板间的电压成反比B ．对于确定的电容器，其所带电荷量与两板间的电压成正比C ．无论电容器的电压如何变化(小于击穿电压且不为零)，它所带的电荷量与电压的比值都恒定不变D ．电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，其大小与加在两板间的电压无关答案 BCD解析 由于电容器的电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，是电容器的一种特性．一个电容器对应惟一的电容值，不能说电容器的电容与其所带电荷量成正比，与两极板间的电压成反比．因此，A 错误，C 、D 正确．由于电容是定值，由Q ＝CU 知，其所带电荷量与两板间的电压成正比，故B 正确．5．下列关于电容器的叙述中正确的是( )A ．电容器是储存电荷和电能的容器，只有带电的容器才称为电容器B ．任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体都能组成电容器，而且跟这两个导体是否带电无关C ．电容器所带的电荷量是指其中一个极板所带电荷量的绝对值D ．电容器充电过程是将其他形式的能转化成电容器的电能并储存起来；电容器放电过程是将电容器储存的电能转化为其他形式的能答案 BCD【概念规律练】知识点一 电容器的电容 1．根据电容的定义式C ＝Q U知( ) A ．电容器的电容越大，则电容器所带电荷量应越多B ．电容器两极板间电压越大，电容越大C ．电容器的电容与电荷量成正比，与电压成反比D ．电容器的电容不随带电荷量及两极板间电压的变化而变化答案 D解析 认识到电容器的电容是由电容器本身决定，与所带电荷量、两极板间的电压无关．公式C ＝Q U是定义式，它可以适用于任何电容器，但绝不能说C 与Q 成正比，或C 与U 成反比．2．对于水平放置的平行板电容器，下列说法正确的是( )A ．将两极板的间距加大，电容将增大B ．将两极板平行错开，使正对面积减小，电容将减小C ．在下极板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的陶瓷板，电容将增大D ．在下极板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的铝板，电容将增大答案 BCD解析 影响平行板电容器电容大小的因素有：①随正对面积的增大而增大；②随两极板间距离的增大而减小；③在两极板间放入电介质，电容增大．据上面叙述可直接看出B 、C 选项正确，对D 选项，实际上是减小了平行板的间距．所以本题正确选项为B 、C 、D.知识点二 电容器的电容、电荷量、电压之间的关系3．有一充电的平行板电容器，两板间电压为3 V ，现使它的电荷量减少3×10－4 C ，于是电容器两板间的电压降为原来的13，此电容器的电容是多大？电容器原来的带电荷量是多少？若电容器极板上的电荷量全部放掉，电容器的电容是多大？答案 150 μF 4.5×10－4 C 150 μF解析 电容器两极板间电势差的变化量为：ΔU ＝(1－13)U ＝23×3 V ＝2 V ， 由C ＝ΔQ ΔU ，有C ＝3×10－42F ＝1.5×10－4 F ＝150 μF. 设电容器原来的电荷量为Q ，则Q ＝CU ＝1.5×10－4×3 C ＝4.5×10－4 C.电容器的电容是由本身决定的，与是否带电无关，所以电容器放掉全部电荷后，电容仍然是150 μF.点评 (1)电容器电容的定义式C ＝Q U中的Q 为电容器的带电荷量，是其中一个极板上带电荷量的绝对值，不是两个极板上的电荷量总和或绝对值总和．(2)电容器的电容也可用公式：C ＝ΔQ ΔU，ΔQ 表示电荷量的变化，ΔU 表示电压的变化． 4. 计算机键盘上的每一个按键下面都有一个电容传感器，如图1所示．电容的计算公式是C ＝εr S d，其中常量εr ＝9.0×10－12 F·m －1，S 表示两金属片的正对面积，d 表示两金属片间的距离．当某一键被按下时，d 发生改变，引起电容器的电容发生改变，从而给电子线路发生相应的信号．已知两金属片的正对面积为50 mm 2，键未被按下时，两金属片间的距离为0.60 mm.只要电容变化达0.25 pF ，电子线路就能发生相应的信号，那么为使按键得到反应，至少需要按下多大距离？图1答案 0.15 mm 解析 先求得未按下时的电容C 1＝0.75 pF ，再由C 1C 2＝d 2d 1，得ΔC C 2＝Δd d 1和C 2＝1.00 pF ，得Δd ＝0.15 mm.【方法技巧练】一、平行板电容器动态问题的处理方法 5．如图2所示，用静电计可以测量已充电的平行板电容器两极板之间的电势差U ，现使B 板带电，则下列判断正确的是( )图2A ．增大两极板之间的距离，指针张角变大B ．将A 板稍微上移，静电计指针张角将变大C ．若将玻璃板插入两板之间，则静电计指针张角将变大D ．若将A 板拿走，则静电计指针张角变为零答案 AB解析 电容器上所带电荷量一定，由公式C ＝εr S 4πkd ，当d 变大时，C 变小．再由C ＝Q U得U 变大；当A 板上移时，正对面积S 变小，C 也变小，U 变大；当插入玻璃板时，C 变大，U 变小；当将A 板拿走时，相当于使d 变得更大，C 更小，故U 应更大，故选A 、B. 方法总结 ①电容器充电后断开电源，则电容器所带电荷量Q 保持不变，当极板距离d ，正对面积S 变化时，有：C ＝εr S 4πkd ∝εr S dU ＝Q C ＝4πkdQ εr S ∝ d εr SE ＝U d ＝Q Cd ＝4πkdQ εr Sd ∝1εr S②本题中两板间的电压增大时，静电计指针张角变大，两板间的电压变小时，静电计指针张角变小. 电容器的动态变化分两大类：一类是电荷量不变，一类是电压不变，解题时一定弄清楚．6．如图3所示电路中，A 、B 为两块竖直放置的金属板，G 是一只静电计，开关S 合上后，静电计指针张开一个角度，下述做法可使静电计指针张角增大的是( )图3A ．使A 、B 两板靠近一些B ．使A 、B 两板正对面积错开一些C ．断开S 后，使B 板向右平移拉开一些D ．断开S 后，使A 、B 正对面积错开一些答案 CD解析 图中静电计的金属杆接A 极，外壳和B 板均接地，静电计显示的是A 、B 两极板间的电压，指针张角越大，表示两板间的电压越高，当合上S 后，A 、B 两板与电源两极相连，板间电压等于电源电压，不变，静电计指针张角不变；当断开S 后，板间距离增大，正对面积减小，都将使A 、B 两板间的电容变小，而电容器电荷量不变，由C ＝Q U可知，板间电压U 增大，从而使静电计指针张角增大．正确选项为C 、D.方法总结 当电容器始终连接在电源上时，两极板间的电压保持不变，根据下列几式讨论C 、Q 、E 的变化情况．C ＝εr S 4πkd ∝εr S d Q ＝UC ＝Uεr S 4πkd ∝εr S dE ＝U d ∝1d二、电容器的综合问题的分析方法7．一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地．在两极板间有一正电荷(电荷量很小)固定在P 点，如图4所示，以E 表示电容器两极板间的电场场强，U 表示电容器两极板间的电压，E P 表示正电荷在P 点的电势能．若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置．则( )图4A ．U 变小，E 不变B ．E 变大，E P 变大C ．U 变小，E P 不变D ．U 不变，E P 不变答案 AC解析 当平行板电容器充电后与电源断开时，对有关物理量变化的讨论，要注意板间电场强度的一个特点：E ＝U d ＝Q Cd ＝4πk εr ·Q S，即对于介质介电常数为εr 的平行板电容器而言，两板间的电场强度只与极板上单位面积的带电荷量成正比．带电荷量Q 不变，两板间的电场强度E 保持不变，由于板间距离d 减小，据U ＝Ed 可知，电容器两极板间的电压U 变小．由于场强E 保持不变，因此，P 点与接地的负极板间的电势差保持不变，即P 点的电势保持不变，因此电荷在P 点的电势能E P 保持不变，所在本题的正确选项是A 、C.8．平行板电容器的两极板A 、B 接于电池两极，一带正电小球悬挂在电容器内部，闭合开关S ，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ，如图5所示，则( )图5A ．保持开关S 闭合，带正电的A 极板向B 极板靠近，则θ角增大B ．保持开关S 闭合，带正电的A 极板向B 极板靠近，则θ角不变C ．开关S 断开，带正电的A 极板向B 极板靠近，则θ角增大D ．开关S 断开，带正电的A 极板向B 极板靠近，则θ角不变答案 AD解析 球在电场中平衡，则所受电场力、重力及绳的拉力的合力为零．由平衡条件得tan θ＝qE mg，故要判断θ的变化，只需判断电场强度E 的变化即可．S 闭合时，U 不变，A 向B 靠近，d 减小，由E ＝U d，可知E 增大，θ角增大，故A 正确；S 断开，则Q 不变，A 向B 靠近，E 不变，则θ角不变，故D 选项正确．1．关于电容器和电容的概念下列说法正确的是( )A ．任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体都可以看成是一个电容器B ．用电源对平行板电容器充电后，两极板一定带有等量异种电荷C ．某一电容器带电荷量越多，它的电容就越大D ．某一电容器两板间的电压越高，它的电容就越大 答案 AB2．有一个正充电的电容器，若使它带的电荷量减少了3×10－6 C ，则其电压降为原来的13，则( ) A ．电容器原来带的电荷量是9×10－6 CB ．电容器原来带的电荷量是4.5×10－6 C C ．电容器原来的电压可能是5 VD ．电容器原来的电压可能是5×10－7 V 答案 BC解析 由题意知Q U ＝Q －3×10－6U/3解得Q ＝4.5×10－6 C ．当U 1＝5 V 时，C 1＝Q U 1＝4.5×10－65 F ＝0.9 μF ；当U 2＝5×10－7 V 时，C 2＝Q U 2＝4.5×10－65×10－7F ＝9 F ．电子线路上电器的电容不可能达到(F)数量级，故原电压值不可能是5×10－7V.3．一个空气平行板电容器，极板间相距d ，正对面积S ，充以电荷量Q 后，两极板间电压为U ，为使电容器的电容加倍，可采用的办法是( )A ．将电压变为U/2B ．将带电荷量变为2QC ．将极板间的距离变为d/2D ．两板间充满介电常数为2的电介质 答案 CD解析 电容器的电容与电容器极板上的电荷量、电压无关，所以选项A 、B 不正确；根据公式C ＝εr S4πkd，可以知道选项C 、D 正确．4．用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素(如图6所示)．设若两极板正对面积为S ，极板间的距离为d ，静电计指针偏角为θ.实验中，极板所带电荷量不变，若( )图6A ．保持S 不变，增大d ，则θ变大B ．保持S 不变，增大d ，则θ变小C ．保持d 不变，减小S ，则θ变小D ．保持d 不变，减小S ，则θ不变 答案 A解析 静电计指针偏角体现电容器两板间电压大小．在做选项所示的操作中，电容器电荷量Q 保持不变，C ＝Q U ＝εr S4πkd.保持S 不变，增大d ，则C 减小，U 增大，偏角θ增大，选项A 正确，B 错误；保持d 不变，减小S ，则C 减小，偏角θ也增大，故选项C 、D 均错．5．一平行板电容器两极板间距为d 、极板面积为S ，电容为ε0S/d ，其中ε0是常量．对此电容器充电后断开电源．当增加两板间距时，电容器极板间( )A ．电场强度不变，电势差变大。

物理
选修3-1 ·人教版
第一章
静电场 7 静电现象的应用
※ 理解静电平衡状态及特点 ※ 知道静电平衡时导体上电荷的分布特点 ※ 了解生活中的静电现象及应用
1
课前预习
2
课内探究
3
素养提升
4
课堂达标
5
课时作业
课前预习
静电平衡状态
1．静电感应现象 处于电场中的导体，由电于场力____________的作用重，新电分荷布 出
孤立带电体净电荷只分布在外表面上
3．静电平衡导体的电荷分布特点 ①内外表面分布不同，电荷都分布在外表面，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：
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：
√
(3)静电平衡时，导体电势为零。 ( )
×
(4)静电平衡时，导体内部表现为电中性。电荷都分布在
外表面，导体内部没有净电荷。
()
√
(5)一个孤立的带电体，在自身所带电荷的电场中，处× 于
静电平衡状态，不具有静电平衡的特点。
()
『选一选』
(多选)夏季，在雷云形成的过程中，由于摩擦起电一些 云层带正电，另一些云层带负电，它们对大地的静电感应使 地面产生异种电荷。当云层与云层间或云层与地面间的“电 势差”达到几万伏以上时，空气被击穿，暴C发D 电闪雷鸣。假 如在户外我们遭遇雷电，下列防雷措施可行的是( )
1
如图所示，当一个带电体靠近不带电导体时，由于导体 内的自由电子受到静电力的作用，将向着与电场相反的方向 定向移动，从而使导体两端出现等量异种电荷，这就是前面 学习的静电感应现象。

[再判断] 1．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．( ×) 2．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．( ×) 3．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．( √ )
[合作探讨] 如图 1-7-5 所示，为带有高电压的法拉第笼，笼内站有几名同学．
图 1-7-5
因场源电荷产生的电场与导体 当空腔外部接地时，外表
实现 球壳表面上感应电荷在空腔内 荷因接地将传给地球，外
过程 的合场强为零，达到静电平衡 起到屏蔽内电场的作用
状态，起到屏蔽外电场的作用
最终 导体内空腔不受外界电荷影响 接地导体空腔外部不受内
结论
பைடு நூலகம்
本质
静电感应与静电平衡
3．如图所示，金属壳放在光滑的绝缘水平垫上，不能起到屏蔽外电场或内电 场作用的是( )
对静电屏蔽问题的三点提醒 (1)空腔可以屏蔽外界电场，接地的空腔可以屏蔽内部的电场作用，其本质都 是因为激发电场与感应电场叠加的结果，分析中应特别注意分清是哪一部分电场 作用，还是合电场作用的结果． (2)对静电感应，要掌握导体内部的自由电荷是如何移动的，是如何建立起附 加电场的，何处会出现感应电荷． (3)对静电平衡，要理解导体达到静电平衡时所具有的特点．
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．静电平衡导体上的电荷分布 带电的导体内部没有电荷，电荷分布在导体的 外表面．且在导体表面越尖 锐的位置，电荷的密度越大，凹陷的位置几乎 没有电荷．