广东省河源市龙川县第一中学高中物理 第一章 静电现象及其应用课件 新人教版选修31.ppt

静电现象及其应用 思考 1 金属导体的微观结构如何 e 将金属导体放入电场中 3 自由电子会在什么地方积聚 2 自由电子怎样移动 思考 1 金属导体的微观结构如何 e e e合 e e 将金属导体放入电场中 2 自由电子怎样移动 4 电子的积聚会出现怎样的结果 3 自由电子会在什么地方积聚 思考 1 金属导体的微观结构如何 将金属导体放入电场中 2 自由电子怎样移动 5 最终会出现怎样的现象 e e合 0 4 电子的积聚会出现怎样的结果 3 自由电子会在什么地方积聚 一 静电平衡的特点 1 处于静电平衡状态下的导体 内部的场强处处为零 2 处于静电平衡状态的整个导体是个等势体 它的表面是个等势面 地球是一个极大的导体 可以认为处于静电平衡状态 所以它是一个等势体 这是我们可以选大地做零电势体的一个原因 3 导体外表面处场强方向必跟该点的表面垂直 静电平衡状态下导体的电场 导体内部场强处处为零导体是等势体 表面为等势面导体外部表面附近场强方向与该点的表面垂直 若不为零会出现何现象 若不垂直会出现何现象 静电平衡状态 为什么会如此 法拉第圆筒实验 结论 平衡时导体内部没有电荷 其电荷只分布在外表面 二 导体上的电荷分布 导体上电荷的分布 研究静电平衡时导体内部的电荷 现象 甲 a的箔片张角逐渐增大乙 a的箔片始终没有张开 结论 导体内部没有电荷 电荷分布在导体的外表面导体表面越尖锐的位置电荷越密集 凹陷的位置几乎没有电荷 为什么 为什么 法拉第圆筒实验 思考 电荷在导体外表面的分布又是怎样的呢 三 尖端放电 导体尖端的电荷密度很大 附近的电场特别强 它会导致一个重要的后果 就是尖端放电 在强电场作用下 物体曲率大的地方 如尖锐 细小的顶端 弯曲很厉害处 附近 等电位面密 电场强度剧增 致使这里空气被电离而产生气体放电现象 称为电晕放电 而尖端放电为电晕放电的一种 专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象 尖端放电 导体尖端电荷密度大 尖端周围电场强 空气中残留带电粒子剧烈运动 空气电离 正负电荷奔向异种电荷 尖端失去电荷 尖端放电 应用 避雷针 应用 避雷针 四 静电屏蔽现象 静电屏蔽实验 静电屏蔽的应用 静电屏蔽的应用 闪电防护 雷鸣电闪时在室外的人 为防雷击 应当遵从四条原则 一是人体应尽量降低自己 以免作为凸出尖端而被闪电直接击中 所以人长得高还是一件非常痛苦的事情 二是人体与地面的接触面要尽量缩小以防止因 跨步电压 造成伤害 所谓跨步电压是雷击点附近 两点间很大的电位差 如若人的两脚分得很开 分别接触相距远的两点 则两脚间便形成较大的电位差 有强电流通过人体使人受伤害 第三是不可到孤立大树下和无避雷装置的高大建筑体附近 不可手持金属体高举头顶 第四是不要进水中 因水体导电好 易遭雷击 总之 应当到较低处 双脚合拢地站立或蹲下 以减少遭遇雷的机会 一 放电现象问题 什么是放电现象 有哪些种类 1 接地放电地球是良好的导体 由于它特别大 所以能够接受大量电荷而不明显地改变地球的电势 这就如同从海洋中抽水或向海洋中放水 并不能明显改变海平面的高度一样 如果用导线将带电导体与地球相连 电荷将从带电体流向地球 直到导体带电特别少 可以认为它不再带电 如果导体带正电 实际上是自由电子从大地流向导体 这等效于正电荷从导体流向大地 生产中和生活实际中往往要避免电荷的积累 这时接地是一项有效措施 2 火花放电当高压带电体与导体靠得很近时 强大的电场会使它们之间的空气瞬间电离 电荷通过电离的空气形成电流 由于电流特别大 产生大量的热 使空气发声发光 产生电火花 这种放电现象叫火花放电 火花放电在生活中常会遇到 干燥的冬天 身穿毛衣和化纤衣服 长时间走路之后 由于摩擦 身体上会积累静电荷 这时如果手指靠近金属物品 你会感到手上有针刺般的疼痛感 这就是火花放电引起的 如果事先拿一把钥匙 让钥匙的尖端靠近其他金属体 就会避免疼痛 在光线较暗的地方试一试 在钥匙尖端靠近金属体的时候 不但会听到响声 还会看到火花 在一些工厂或实验室里 存在大量易燃气体 工作人员要穿一种特制的鞋 这种鞋的导电性能很好 能够将电荷导入大地 避免电荷在人体上的积累 以免产生火花放电 引起火灾 二 雷电和避雷问题 雷电属于哪一种放电现象 电荷分布与放电的关系 1 通常情况下空气是不导电的 但是如果电场特别强 空气分子中的正负电荷受到方向相反的强电场力 有可能被 撕 开 这个现象叫做空气的电离 由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷 空气就可以导电了 空气电离后产生的负电荷就是电子 失去电子的原子带正电 叫做正离子 由于同种电荷相互排斥 导体上的静电荷总是分布在表面上 而且一般说来分布是不均匀的 导体尖端的电荷特别密集 所以尖端附近空气中的电场特别强 使得空气中残存的少量离子加速运动 这些高速运动的离子撞击空气分子 使更多的分子电离 这时空气成为导体 于是产生了尖端放电现象 尖端放电在技术上有重要意义 高压输电导线和高压设备的金属元件 表面要很光滑 为的是避免因尖端放电而损失电能或造成事故 2 闪电带电云层之间或带电云层和地面之间发生强烈放电时 产生耀眼的闪光和巨响 这就是闪电 闪电的放电电流可以高达几十万安培 会使建筑物遭受严重损坏 这就是雷击 为了避免雷击 人们设计了避雷针 避雷针是针状金属物 装在建筑物的顶端 用粗导线与埋在地下的金属板相连 以保持与大地的良好接触 当带电云层接近时 大地中的异种电荷被吸引到避雷针的尖端 并由于尖端放电而释放到空气中 与云层中的电荷中和 达到避雷的目的 闪电也有积极的意义 闪电产生的高温使空气中的氮和氧化合 随雨水降至地面形成硝酸盐 这些硝酸盐是天然的氮肥 闪电过程中产生的臭氧 能保护地球上的生命免受过量紫外线伤害 原始生命起源于有机物分子 有一种生命起源学说把最初有机物分子的产生也归功于闪电 三 静电的防止和应用静电有哪些表现 危害 怎么防止 应用 在干燥的秋冬季节 我们常会遭到静电的 骚扰 早上梳头时 头发会越梳越乱 甚至立起来 脱衣服时 常会噼啪作响 还伴有蓝光 摸门把手 拉铝合金窗户 甚至开水龙头时 手都会感到电击似的刺痛 高温 干燥的室内是 电荷纷飞 的高危地带 由于空气湿度小 化纤衣物 地毯 坐垫 墙纸等受到摩擦 都会产生静电 如果静电聚集达到一定的电压 人接触时 就会产生 触电 现象 比如 静电电压达到2000伏时 人的手指就有感觉 超过3000伏时 手会感到刺痛 超过7000伏时 人就有被电击的感觉 但由于摩擦生电的时间较短 电流很小 所以不会对人造成危险 但是 临床医生提醒人们 对于某些特殊体质的人来说 静电也可能伤身 比如神经衰弱 高血压 心脏病 精神病患者等 持久的静电还会导致人体血液碱性升高 使人产生鼻喉不适 头晕胸闷等症状 此外 静电还吸附有大量尘埃 含有病毒 细菌等有害物质 人吸入后会影响健康 如果您在日常生活中 经常遭遇静电 突袭 不妨尝试以下办法 梳头前 先将梳子在水里蘸一下 就能防止静电产生 接触门把手 水龙头等电导体前 先用手摸一下墙壁或湿毛巾 将体内静电 放 出去 居室内尽量避免使用化纤 塑料质地的饰物 最好穿柔软的棉织或丝织内衣 可以调节皮肤和内衣之间的微气候环境 减少静电生成 勤洗澡 勤换衣服 消除人体表面积聚的电荷和带电尘埃 洗衣服时还可以放入适量柔顺剂 此外 当室内空气相对湿度低于35 时 容易产生静电 所以 家里应该常拖地 勤洒水或使用加湿器 静电的防止和应用 静电的防止摩擦产生的静电 在生产生活上会给人们带来很多麻烦 甚至造成危害 印刷厂里 纸页之间的摩擦起电 会使纸页粘在一起难于分开 给印刷带来麻烦 印染厂里棉纱 毛线 人造纤维上的静电 会吸引空气中的尘埃 印染质量下降 在制药生产中 由于静电吸引尘埃 会使药品达不到标准的纯度 在电子计算机的机房中 人体带电可能妨碍电子计算机正常运行 在家庭中 带静电很多的人从电视机旁走过 会给电视的图像和声音带来干扰 静电荷积累到一定程度 会产生火花放电 在地毯上行走的人 与地毯摩擦而带的电如果足够多 他伸手去拉金属门把手时 手与金属把手间会产生火花放电 严重时会使他痉挛 在空气中飞行的飞机 与空气摩擦而带的电在着陆过程中如果没有导走 地勤人员接近机身时 人与飞机间会产生火花放电 严重时能将人击倒 静电对现代高精密度 高灵敏度的电子设备颇有影响 带静电很多的人甚至可以使那些灵敏 脆弱 小巧玲珑的电子器件因火花放电而被击穿 毁坏一部电子仪器 静电的最大危害是电火花点燃某些易燃物质而引起爆炸 专门用来装汽油或柴油等液体燃料的卡车 在灌油 运输过程中 燃油与油罐摩擦 撞击而带的电如果没有及时导走 积累到一定程度会产生电火花 引起爆炸 防止静电危害的基本办法 是尽快把产生的静电导走 避免越积越多 具体措施则多种多样 油罐车靠一条拖在地上的铁链把静电导走 飞机机轮上通常装有搭地线 也有用导电橡胶做机轮轮胎的 着陆时它们可将机身的静电导入地下 在地毯中夹杂0 05 0 07毫米的不锈钢丝导电纤维 消除静电的效果很好 在印染厂中保持适当的湿度 潮湿的空气可使静电荷很快消失 静电的应用静电也可以被人们利用 目前 静电的应用已有多种 但依据的物理原理几乎都是让带电的物质微粒在电场力作用下奔向并吸附到电极上 下面介绍静电除尘的原理 以煤为燃料的工厂 电站 每天排出的烟带走大量的煤粉 不仅浪费燃料 而且造成严重的环境污染 可以利用图1 57所示的静电除尘器消除烟气中的煤粉 除尘器由金属管a和悬在管中的金属丝b组成 a接到高压电源正极 b接到高压电源负极 a b之间有很强的电场 而且距b越近电场越强 b附近的空气分子