静电的防止与利用高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

静电现象的应用学习目标:1.了解静电平衡的概念，知道处于静电平衡的导体的特征2.了解静电平衡时带电导体上电荷的分布特点3.了解尖端放电和静电屏蔽现象，关注生活、生产中的静电现象思考与讨论1、金属导体的微观结构有什么特点？2、将金属导体放入电场E0中自由电子会怎样运动？3、电子的聚集会导致什么样的结果？导体的两端带上等量异种电荷——感应电荷4、感应电荷会对电场产生怎样的影响，最终结果如何？感应电荷会产生与原电场方向相反的电场E'最终导体内部合场强为零，自由电荷不再定向移动，导体达到静电平衡状态。-----+++++1、静电感应

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。一、静电平衡状态下导体的电场2.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。E＋－－－－＋＋＋E`E－－－＋＋＋＋＋＋－－－E合=0＋－－＋3、处于静电平衡状态导体的特点：（1）导体内部的场强处处为零（2）导体外部电场线与导体表面垂直++++++++--------EE`=E，E合=0（3）达到静电平衡状态所需的时间很短约10-9S例1：如图所示接地金属球A的半径为R，球外点电荷的电量为Q，到球心的距离为r，该点电荷的电场在球心的场强等于多少，感应电荷的场强等于多少？球内合场强等于多少？QRrAoEE`6.长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q的点电荷放在距左端R处，如图所示，当导体棒达到静电平衡后，棒上感应电荷在棒内中点处产生的电场强度大小等于________，方向________。水平向左二、导体上电荷的分布在静电平衡状态下，导体上的电荷怎样分布呢？静电平衡时，导体上的电荷分布有以下两个特点:(1)导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面(2)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4.如图所示，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()A．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．用带绝缘外皮的导线把验电器A跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触D．使验电器A靠近BBCD5.将悬挂在绝缘细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与球接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，则()A．A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向B．A的位置不变，B向右偏离竖直方向C．A向左偏离竖直方向，B的位置不变D．A和B的位置都不变B思考：如何防止雷电的危害呢？它的原理是什么？三、尖端放电三、尖端放电导体尖端的电荷密度很大，附近的电场很强，空气中残留的带电粒子在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使分子中的正负电荷分离。这个现象叫做空气的电离(ionization)。中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。这些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，产生更多的带电粒子。那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这个现象叫做尖端放电。二、尖端放电什么是尖端放电？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分子中正负电荷分开正负电荷奔向异种电荷相当于尖端失去电荷尖端放电电离二、尖端放电思考1：尖端放电在生活中有哪些应用？避雷针打火机电击器燃气灶电子打火装置针尖形状

避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。它是一个或几个尖锐的金属棒，安装在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属板连接，保持与大地的良好接触(图1.7-3)。当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感应，金属棒出现与云层相反的电荷。通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的。尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑。夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，俗称电晕，这是一种微弱的尖端放电。3.多选）导体自身带电处于静电平衡，下列说法中正确的是()A.导体内部场强可能为0，也可能不为0B.电荷只分布在外表面，曲率半径小的地方场强大，C.电荷只分布在外表面，电场线一定和外表面处处垂直D.以上说法均不正确BC8.如图所示，一导体AB放在一负电荷的电场中，导体AB与大地是绝缘的，当导体处于静电平衡时，则：(1)比较A点和B点电场强度大小；(2)比较A、B两端外表面电场强度大小；(3)若A端接地，AB导体带什么电？(4)若把A端和B端用导线连接，A、B端的电荷中和吗？-ABEA=EB=0EA>EB正电不中和------+++++++

思考:空心导体壳内的验电器箔片会张开吗?静电屏蔽:静电平衡时,空心导体壳可保护其内部区域不受外电场影响的现象.不会因为导体壳内部合场强为零.静电屏蔽现象+思考:用金属网罩将验电器罩住,会怎样呢?

+++++思考:用金属网罩将验电器罩住,会怎样呢?该现象表明金属网罩也能起到静电屏蔽作用.类似事例:通讯电缆外包金属层,电学仪器外套金属罩.+++++E合=0四、静电屏蔽1、理论依据：导体静电平衡时，导体内部场强处处为零。2、实现方式：金属球壳、金属网罩3、应用：处于静电平衡状态的导体，无论导体外部电场是怎样的，导体内部都不会有电场静电屏蔽实质：实质是利用了

，使金属壳内的感应电荷的电场和外加电场矢量和

，好像是金属壳将外电场“挡”在外面，即所谓的

作用，其实是壳内两种电场并存，

为零而已．静电感应现象为零屏蔽矢量和思考:电力工作人员有时需要带电作业，怎样才能保证他们的生命安全？全身穿戴金属丝网制成的衣，帽，鞋，手套等

静电屏蔽的应用实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用。野外高压输电线受到雷击的可能性很大，所以在三条输电线的上方还有两条导线，它们与大地相连，形成一个稀疏的金属“网”，把高压线屏蔽起来，免遭雷击。金属球壳可以屏蔽外电场对球壳内部的影响，那么将带电体放在金属球壳内部，球壳是否可以屏蔽带电体对球壳外的影响？拓展+两种屏蔽：1.导体屏蔽外部电场使其不影响内部2.接地导体屏蔽内部电场使其不影响外部

静电吸附++++本节课小结一、静电平衡状态下导体的电场和电荷分布1．静电感应现象：处于电场中的导体，由于

的作用，电荷出现

的现象。电场力重新分布2．静电平衡状态：导体中(包括表面上)没有电荷

的状态。定向移动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

，导体