高二物理靜電屏蔽知識總結(jié)

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第一章第7節(jié)：靜電現(xiàn)象 靜電屏蔽 【演示】如圖（a）所示，用感應(yīng)起電機(jī)使金屬球帶電，靠近驗電器，驗電器的箔片張開，表明驗電器受到了外電場的影響． 現(xiàn)先將驗電器用金屬網(wǎng)罩罩住，讓帶電金屬球靠近驗電器，驗電器的箔片不張開，再用一根導(dǎo)線把驗電器和金屬網(wǎng)罩連接起來，箔片也不張開，如圖（b）所示，表明金屬網(wǎng)罩能把外電場擋住，使罩內(nèi)不受外電場的影響． 先flash“靜電屏蔽2”，再視頻“小孩在帶電金屬網(wǎng)中”，“小鳥在帶電金屬網(wǎng)中”。 另一種情況是使帶電體的電場不對外界產(chǎn)生影響．這可以把帶電體A放在一個金屬殼B內(nèi)，見圖（a）．同樣，由于靜電感應(yīng)，在殼的內(nèi)外表面分別帶有等量異號的電荷，待殼達(dá)靜電平衡時，殼內(nèi)場強(qiáng)處處為零，并無凈電荷．當(dāng)殼外表面存在電荷時，殼外就有電場，這樣還不能起到屏蔽的作用．如果我們把金屬外殼接地，見圖（b），則殼外表面上的感應(yīng)正電荷就由于接地而被中和．于是，金屬殼內(nèi)帶電體的電場對外就不產(chǎn)生影響了． 綜合上述兩種情況可得如下結(jié)論：屏蔽殼內(nèi)的物體不受外電場的影響；而接地的屏蔽殼內(nèi)部的電場也不會影響外部，這種現(xiàn)象叫做“靜電屏蔽”． 靜電屏蔽現(xiàn)象的解釋：處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場強(qiáng)處處為零，將導(dǎo)體挖空，變成一個導(dǎo)體殼，殼內(nèi)的場強(qiáng)仍處處為零，金屬網(wǎng)罩可以起到導(dǎo)體殼的作用，所以能使導(dǎo)體殼內(nèi)或金屬網(wǎng)罩內(nèi)的區(qū)域不受外部電場的影響． 看“靜電屏蔽的動畫”。 3．靜電屏蔽的應(yīng)用 （1）電學(xué)儀器和電子設(shè)備外面的金屬罩，通訊電纜外面包的一層鉛皮，可以防止外電場的干擾． （2）電力工人高壓帶電作業(yè)，全身穿戴金屬絲網(wǎng)制成的衣、帽、手套、鞋，可以對人體起到靜電屏蔽作業(yè)，使人安全作業(yè)． 例題：【例1】一個任意形狀的金屬導(dǎo)體，處于靜電平衡狀態(tài)時（ ） A．導(dǎo)體內(nèi)部沒有凈電荷． B．導(dǎo)體內(nèi)部任意兩點間的電勢差不一定為零 C．導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)不一定處處為零 D．在導(dǎo)體表面上，電場線可以與導(dǎo)體表面成任意角 解析：A．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，凈電荷在導(dǎo)體表面，所以A對．B．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，是一個等勢體，所以任意兩點間無電勢差，所以 B錯．C．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部場強(qiáng)處處為零，所以C錯．D．處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，其表面場強(qiáng)不為零，場強(qiáng)的方向與面垂直，所以D對。 【例2】如圖所示，將不帶電的導(dǎo)體BC放在帶正電的金屬球A附近，當(dāng)導(dǎo)體BC達(dá)到靜電平衡后，則下列說法正確的有（ ） A．用導(dǎo)線連接BC兩端，導(dǎo)線中有瞬間電流通過 B．用手摸一下導(dǎo)體B端可使導(dǎo)體帶正電 C．導(dǎo)體C端電勢高于B端電勢 D．B和C端感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的場強(qiáng)沿BC方向逐漸減小 解析：靜電平衡后，BC內(nèi)部場強(qiáng)為零，整個導(dǎo)作是個等勢體，故A、C都錯了，根據(jù)導(dǎo)體附近的電場線分布，可判定導(dǎo)體BC的電勢比無窮遠(yuǎn)處（大地）的電勢要高，故把導(dǎo)體B端或C端接地時，將有電子從大地流向?qū)w，導(dǎo)體將帶負(fù)電；導(dǎo)體處于靜電平衡時，導(dǎo)體內(nèi)部的電場跟感應(yīng)電場相平衡，因此可以根據(jù)外電場在導(dǎo)體內(nèi)部的分布情況來確定感應(yīng)電荷電場在導(dǎo)體內(nèi)部的分布情況． 答案：D 【例3】如圖所示，接地的金屬板右側(cè)有固定的點電荷十Q，a、b點是金屬板右側(cè)表面上的兩點，其中a點到＋q的距離較小，下列說法中正確的是（ ） A．由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電，左側(cè)表面帶正電． B、由于靜電感應(yīng)，金屬板右側(cè)表面帶負(fù)電，左側(cè)表面不帶電 C、整個導(dǎo)體，包括表面上的a、b點，是一個等勢體，且電勢等于零 D、a、b兩點的電場強(qiáng)度不為零，且a、b兩點場強(qiáng)方向相同，但a點的場強(qiáng)比b點場強(qiáng)大 解析：由于靜電平衡，金屬板是一個等勢體，且電勢為零（金屬板接地），金屬板的左側(cè)不帶電，右側(cè)帶負(fù)電．a(chǎn)、b兩點的場強(qiáng)不為零，它們場強(qiáng)的方向均垂直于金屬板平面，由于a點離＋Q比b點近，故。點的感應(yīng)電荷比b點的感應(yīng)電荷多，場強(qiáng)大．綜上所述，選項B、C、D正確。 【點評】處于電場中的導(dǎo)體一旦接地，它的電勢為零。且遠(yuǎn)離帶電體的一端總是不帶電，由于達(dá)到靜電平衡時內(nèi)部場強(qiáng)處處為零，說明了接地后的導(dǎo)體所帶的異種電荷（與帶電體的電荷比較而言）是增多的． 【例5】如圖所示，P為金屬球殼內(nèi)的一點，殼外一帶負(fù)電的帶電體A移近金屬球殼時，金屬球殼內(nèi)P點處的場強(qiáng)E和電勢U的變化是（ ） A．E不變，U降低；B．E不變，U升高 C．E增大，U升高；D、E增大．U降低 解析：金屬球殼處于帶負(fù)電的帶電體A形成的電場中，處于靜電平衡狀態(tài)，因此E始終等于零不變，由于帶電體A帶負(fù)電且靠近球殼，所以球殼的電勢降低。答案：A 【例6】如圖所示，水平放置的金屬板正上方有一固定的正點電荷Q，一表面絕緣的帶正電的小球（可視為質(zhì)點且不影響Q的電場），從左端以初速度V0滑上金屬板，沿光滑的上表面向右運(yùn)動到右端．在該運(yùn)動過程中（ ） A．小球作勻速直線運(yùn)動 B．小球作先減速，后加速運(yùn)動 C．小球的電勢能保持不變 D、電場力對小球所做的功為零 解析：水平放置的金屬板在Q的電場中處于靜電平衡，它是一個等勢體，也就是說它表面的電場線處處與表面垂直，由于表面絕緣，故帶電小球在其表面上滑動時，電量不變，但電場力不做功，故小球作勻速直線運(yùn)動所以A、C、D選項正確 【例7】如圖所示，一個帶正電的絕緣金屬球殼A，頂部開一小孔，有兩只帶正電的金屬球B 、C ，用金屬導(dǎo)線連接，讓B球置于球殼A內(nèi)的空腔中，與內(nèi)表面接觸后又提起，C球放置在A球殼外，待靜電平衡后正確的判斷是： A、B 、C兩球都不帶電 B、B球不帶電，C球帶電 C、讓C球接地后，B球不帶電 D、讓C球接地后，A球殼空腔內(nèi)的場強(qiáng)為零 解析：B球與A球殼內(nèi)表面接觸,A,B,C三者連成一個整體，靜電平衡后凈電荷只分布在導(dǎo)體外表面，所以A球殼外表面和C球均帶正電，B球不帶電．A,B,C三者為一等勢體，當(dāng)B球提起后，B,C的電勢相等，無電荷的定向移動，由于B,C與A等勢且為正,C球接地后，將有自由電子從大地向高電勢的B,C上移動，B球帶負(fù)電，此時B球?qū)⒃贏球殼上內(nèi)表面感應(yīng)出正電待，從而空腔內(nèi)形成由內(nèi)表面指向B球的電場，場強(qiáng)不為零，答案為C. 2、靜電感應(yīng)與靜電平衡 【例8】如圖所示，絕緣導(dǎo)體A帶正電，導(dǎo)體不帶電，由于靜電感應(yīng)，使導(dǎo)體B的M端帶上負(fù)電，而N端則帶等量的正電荷. （1）用導(dǎo)線連接M、N，導(dǎo)線中有無電流流過？ （2）若將M、N分別用導(dǎo)線與大地相連，導(dǎo)線中有無電流流過？方向如何？ 解析：A為帶正電的場源電荷，由正電荷即形成的電場的電勢分布可知：UA＞UB＞U地，其中，B是電場中處于靜電平衡的導(dǎo)體.UM=UN=UB.當(dāng)用導(dǎo)線在不同位置間連接時，電流定由高電勢流向低電勢，而在電勢相等的兩點間連接時，則導(dǎo)線中無電流通過.所以： （1）因為UM=UN，故導(dǎo)線中無電流. （2）因為UM=UN=UB＞U地，所以無論用導(dǎo)線將M還是N與大地相連，電流均由導(dǎo)體B流向大地. 【例9】目前國家環(huán)保局統(tǒng)一規(guī)定常規(guī)大氣監(jiān)測的項目是：二氧化硫，氮氧化物，懸浮顆粒三種大氣污染物，其中，在對懸浮顆粒的治理方法中有一種為靜電除塵法，其依據(jù)的物理原理是讓帶電的物質(zhì)微粒在 力 作用下，幾乎都奔向并吸附在 上，如圖即為靜電除塵器的示意圖．除塵器由金屬管A和懸在管中的金屬絲B組成,A接到 ,B接到 ．A,B之間形成很強(qiáng)的電場，而且距B越近電場越強(qiáng),B附近的空氣分子被強(qiáng)電場電離為電子和正離子，正離子跑到B上得到電子變成 ．電子奔向正極A的過程中，遇到煙氣中的懸浮顆粒，使懸浮顆粒帶 電，吸附到A上，排出的氣體就清潔了． 答案：電場 電極 高壓電源正極 高壓電源負(fù)極 空氣分子 負(fù)