新教材2023版高中物理第九章静电场及其应用4.静电的防止与利用课件新人教版必修第三册

4.静电的防止与利用必备知识·自主学习关键能力·合作探究课堂检测·素养达标新课程标准核心素养目标了解生产生活中关于静电的利用与防护物理观念通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，感受静电平衡概念的建立过程科学思维掌握归纳、演绎推理的方法，训练学生的推理能力，亲身感受知识的建立过程科学探究通过对静电场中导体的自由电荷运动情况的讨论，知道处于静电平衡的导体的特征科学态度与责任经历观察、实验、探究等学习活动，培养尊重客观事实、实事求是的科学态度必备知识·自主学习一、静电平衡1.静电平衡：导体内的自由电子不再发生________的状态．2．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为________.定向移动0二、尖端放电1．导体上电荷的分布(1)静电平衡时，导体________没有净剩电荷，电荷只分布在导体的________．(2)在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)________，凹陷的位置几乎没有电荷．2．空气的电离：在一定条件下，导体尖端电荷________很大，导体尖端周围的强电场足以使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子碰撞从而使空气分子中的正负电荷________的现象．内部外表面越大密度分离3．尖端放电：所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被________，而与尖端上的电荷________，相当于导体从尖端________的现象．4．尖端放电的应用与防止：(1)应用：________是利用尖端放电避免雷击的一种设施．(2)防止：高压设备中导体的表面尽量________会减少电能的损失．吸引中和失去电荷避雷针光滑三、静电屏蔽1．静电屏蔽：静电平衡时，带空腔的导体内表面没有电荷，导体壳内空腔里的电场强度处处为________．外电场对壳内的仪器不会产生影响，金属壳的这种作用叫作________．2．静电屏蔽的应用：电学仪器外面有金属壳、野外高压线上方还有两条导线与大地相连．0静电屏蔽[情境思考]油罐车尾部都装有导电拖地带，你知道这是为什么吗？提示：油罐车在运输的时候，油会与桶壁摩擦起电，油罐车后面拖一条导电拖地带就可以将产生的静电及时导走，防止静电积累到一定程度再放电发生爆炸危害．[提升]静电屏蔽的应用：电学仪器和电子设备的外面套有金属罩，同轴电缆(电视信号线)和双绞线(网线)、音频线等外面都有一层金属网，高压带电作业人员穿金属网衣，都是应用了静电屏蔽．四、静电吸附1．静电吸附：在电场中，带电粒子在________作用下，向着电极运动，最后被吸附在电极上的现象．2．静电除尘：当空气中的尘埃带电时，在静电力作用下，尘埃到达________而被收集起来的过程．3．静电喷漆：接负高压的涂料雾化器喷出的油漆微粒带负电，在静电力作用下，这些微粒向着作为________的工件运动，并沉积在工件表面．4．静电复印：复印机应用了________的原理，复印机的有机光导体鼓表面涂覆有机光导体(OPC)，无光照射，OPC是________，受光照时变成导体．静电力电极正极静电吸附绝缘体【思考辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”．(1)处于静电平衡状态的导体，表面处的电场强度不为零，方向跟导体表面可能垂直，可能平行，也可能成任意夹角．(

)(2)因为外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的合电场强度为0，所以处于静电平衡的导体内部电场强度处处为0.(

)(3)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．(

)(4)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．(

)(5)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．(

)×√××√关键能力·合作探究探究点一静电平衡导学探究如图所示，不带电的金属导体放到电场中，导体内的自由电子将发生定向移动，使导体两端出现等量异种电荷．请思考下列问题：(1)自由电子定向移动的原因是什么？定向移动的方向如何？(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？提示：(1)自由电子受外加电场的静电力作用而定向移动，向着与电场相反的方向定向移动．(2)不能.感应电荷产生的电场与外加电场反向，阻碍电子的定向移动，当这两个电场大小相等时，电子的定向移动终止．探究总结1.处于静电平衡状态的导体内部场强为零的本质是外电场E0和感应电荷产生的电场E′的合场强为0，即E0＝－E′.2．孤立的带电导体处于静电平衡状态，内部场强为0的本质是分布在导体外表面的电荷在导体内部的合场强为0.3．处于静电平衡状态的导体，其外表面任一点的场强方向跟该点的表面垂直．4．静电平衡时，导体上的电荷分布在导体的外表面，其内部没有净电荷，且净电荷在导体外表面的分布不均匀，越是尖锐的地方电荷的分布越密集．典例示范例1如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正点电荷形成的电场中，导体处于静电平衡状态．下列说法正确的是(

)A．导体内部A点的电场强度大于B点的电场强度B．感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＝EBC．感应电荷在A、B两点产生的附加电场强度EA＜EBD．当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动【答案】

D【解析】枕形导体在正点电荷附近，出现静电感应现象，导致电荷重新分布，因此在枕形导体内部出现感应电荷的电场与点电荷的电场叠加，静电平衡时，导体内部电场强度处处为零，A错误；导体内部的电场强度处处为零，所以感应电荷产生的附加电场强度的大小与点电荷产生的电场强度的大小相等，方向相反，故EA＞EB，B、C错误；当开关S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，D正确．

针对训练1

矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时感应电荷产生的电场在导体内的电场线分布情况正确的是(

)答案：A解析：导体处于静电平衡状态时，导体内部场强处处为0，感应电荷在导体内部某处产生的电场与场源电荷Q在此处产生的电场场强大小相等，方向相反，故A正确，B、C、D错误．针对训练2

[2022·山东泰安月考]一个带绝缘底座的空心金属球A带有4×10－8C的正电荷，上端开有适当小孔，有绝缘柄的金属小球B带有2×10－8C的负电荷，使B球和A球内壁接触，如图所示，则A、B带电荷量分别为(

)A．QA＝1×10－8C

QB＝1×10－8CB．QA＝2×10－8C

QB＝0C．QA＝0

QB＝2×10－8CD．QA＝4×10－8C

QB＝－2×10－8C答案：B解析：B球与A球内壁接触后成为一个新的导体，处于静电平衡状态，内部净电荷量为零，带电导体的电荷只能分布于导体的外表面，故QB＝0，QA＝4×10－8C－2×10－8C＝2×10－8C，B正确．探究点二尖端放电静电屏蔽导学探究请观察古代建筑物上的避雷针(如图)，看它们是如何巧妙设计的，分析它们如何能安全引电避雷，它们的造型与建筑物是否协调，并与同学讨论交流．提示：在古建筑物的屋顶、屋角设置各种造型的动物，避雷针一端以动物头上的角须形式或巨兽的舌头向上探出的形式巧妙安装，另一端引入大地，从而起到避雷效果．探究总结1.尖端放电导体尖端电荷密度大，周围的电场强度大，把周围的空气电离，带电粒子在强电场的作用下加速撞击空气中的分子，使它们进一步电离，所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和．2．静电屏蔽(1)静电屏蔽的实质静电屏蔽的实质是利用了静电感应现象，使金属壳内感应电荷的电场和外加电场矢量和为零，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的屏蔽作用，其实是壳内两种电场并存，矢量和为零．(2)理解静电屏蔽的两种情况

屏蔽外电场屏蔽内电场图示实现过程场源电荷在空腔内产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内产生的电场的合场强为零，达到静电平衡状态，起到屏蔽外电场的作用当空腔外部接地时，外表面的感应电荷因接地将传给地球，外部电场消失，起到屏蔽内电场的作用最终结论空腔内导体不受外界电场影响接地导体空腔外部不受内部电场影响本质

静电感应与静电平衡典例示范例2如图所示，放在绝缘台上的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C，若把一带有正电荷的绝缘体A移近金属罩B，则(

)A.金属罩B的内表面带正电荷B．金属罩B的右侧外表面带正电荷C．验电器C的金属箔片将张开D．金属罩B左、右两侧电荷电性相同【答案】

B【解析】金属罩B处于静电平衡状态，电荷分布在其外表面上，所以A错误；由于静电感应，使金属罩B在左侧外表面感应出负电荷，所以金属罩B的右侧外表面感应出正电荷，B正确，D错误；由于静电屏蔽，金属罩内电场强度为零，故验电器C上无感应电荷，验电器C的金属箔片不会张开，C错误．针对训练3

如图所示，将悬挂在绝缘细线上的带正电的小球A放在不带电的空心金属球C内(始终不与球接触)，现将另一个悬挂在绝缘细线上的带负电的小球B放在C附近，待稳定后，下列说法正确的是(

)A．A所受静电力为0，B向右偏离竖直方向B．A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向C．A所受静电力向左，B所受静电力向右D．A的位置不变，B的位置也不变答案：A解析：A在空心金属球内，由于静电感应，C的外表面带正电，B、C相互吸引，所以B向右偏，由于空心金属球可以屏蔽外部电场，因此B产生的电场对空心金属球C的内部无影响，所以A位置不变，故A正确，B、C、D错误．探究点三静电吸附例3处于强电场中的空气分子会被电离，使灰尘颗粒带电，利用此原理可以进行静电除尘．如图所示是一个用来研究静电除尘的实验装置，铝板与手摇起电机的正极相连，缝被针与手摇起电机的负极相连，在铝板和缝被针中间放置点燃的蚊香．转动手摇起电机，蚊香放出的烟雾会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟雾又会袅袅上升．关于这个现象，下列说法中正确的是(

)A．烟尘因为带负电而被吸附到缝被针上B．某烟尘颗粒在被吸附过程中，离铝板越近速度越小C．某烟尘颗粒在被吸附过程中，离铝板越近速度越大D．若某烟尘颗粒在被吸附过程中带电荷量不变，离铝板越近则加速度越大【答案】

C【解析】负离子在电场力的作用下向正极移动时，碰到烟尘颗粒使它带负电，因此带电烟尘在电场力的作用下向铝板运动，被吸附到铝板上，故A错误；烟尘颗粒向铝板运动过程中，在电场力作用下做加速运动，所以离铝板越近速度越大，故B错误，C正确；由子针尖端的电场线密集，则越靠近铝板电场力越小，故烟尘颗粒离铝板越近则加速度越小，故D错误针对训练4

[2022·云南昆明检测](多选)静电的应用有多种，如静电除尘、静电喷漆、静电植绒、静电复印，它们依据的原理都是让带电的物质粒子在静电力作用下奔向并吸附到电极上．静电喷漆的原理如图所示，则以下说法正确的是(

)A．在喷枪喷嘴与被喷漆工件之间有一强电场B．油漆微粒一定带正电C．油漆微粒一定带负电D．油漆微粒可以带正电，也可以带负电答案：AC解析：A对：静电喷漆的原理是让带电的油漆微粒在强电场的作用下被吸附到工件上，而达到喷漆的目的．C对：由题图知，待喷漆工件带正电，所以油漆微粒应带负电．针对训练5

(多选)如图是某款家用空气净化器及其原理示意图，污浊空气通过过滤网后尘埃带电．图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极(接地)．下列说法正确的是(

)A．通过过滤网后空气中的尘埃带负电B．尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大C．c、d两个电极之间的电场方向竖直向上D．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做负功答案：AB解析：尘埃经过过滤网后被正极吸引，所以尘埃带负电，故A正确；尘埃在被吸附到集尘极e的过程中电场力做正功，动能增大，故B正确；因为充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极，所以c、d两个电极之间的电场方向竖直向下，故C错误；尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做正功，故D错误．课堂检测·素养达标1.处于静电平衡中的导体，内部电场强度处处为零的原因是(

)A．导体内部无任何电场B．外电场不能进入导体内部C．所有感应电荷在导体内部产生的合电场强度为零D．外电场和所有感应电荷的电场在导体内部叠加的结果为零答案：D解析：导体内部电场强度处处为零是感应电荷的电场与外电场叠加的结果，故D正确．2．下列应用和防护与尖端放电现象无关的是(

)A．一般高压设备中导体的表面应该尽量光滑B．一般马路表面建造得很平滑C．夜间高压线周围会出现一层绿色光晕D．一般高楼大厦顶部装有避雷针答案：B解析：马路表面建造得很平滑与静电无关，A、C、D属于尖端放电现象．3．小强在加油站加油时，看到加油机上有如图所示的图标，关于图标涉及的物理知识及其理解，下列说法正确的是(

)A．制作这些图标的依据是静电屏蔽原理B．工作人员工作时间须穿绝缘性能良好的化纤服装C．化纤手套与接触物容易摩擦起电存在安全隐患