《静电的防止与利用》课件

《静电的防止与利用》4静电的防止与利用核心素养点击物理观念(1)知道什么是静电平衡状态，能说出静电平衡状态下的导体特点。(2)知道导体上电荷的分布特征，了解尖端放电、静电屏蔽现象及其成因。科学思维会根据静电平衡条件求解感应电荷产生的电场强度。科学探究(1)观察演示实验并对实验现象分析，体会运用所学知识进行分析推理的方法。(2)查阅并搜集资料，了解静电屏蔽在技术和生活中的应用。科学态度与责任能对公众利用和防护静电的一些行为发表自己的观点，有进行科学普及的兴趣和责任感。1．填一填(1)静电平衡放入电场中的导体，由于静电感应，导体两侧出现异种电荷，而感应电荷在导体内部产生的电场与原电场

，使导体内部的电场

，当导体内部各点的电场强度为0时，导体内的自由电荷不再发生

移动，这时导体就达到静电平衡状态。(2)导体处于静电平衡状态时，其内部的电场强度处处为

。反向减弱定向0(3)尖端放电①在导体的外表面，越尖锐的位置，电荷的

越大，周围的电场强度越大。②电离：导体尖端周围的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动，并与空气分子

从而使空气分子中的正负电荷

的现象。③尖端放电：导体尖端周围被强电场电离的粒子中，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_____，相当于导体从尖端

电荷的现象。④应用：建筑物的顶端安装上避雷针以达到避免雷击的目的；高压设备中导体的表面尽量

，以减少电能损失。碰撞密度分离中和失去光滑2．判断(1)放入电场中的导体两侧出现异种电荷是静电感应导致的。

(

)(2)处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为0。

(

)(3)带电导体尖端电荷密度大，周围电场强度也大。

(

)√√√3．选一选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解析：导体内部电场强度处处为零是由于感应电荷的电场与外电场叠加的结果，故D正确。答案：D

1．填一填(1)静电屏蔽①处于静电平衡状态的导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的

。②静电屏蔽：放入电场中的导体壳，由于静电感应，壳内电场强度为0，外电场对壳内的仪器

产生影响，金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。③应用：把电学仪器放在封闭的金属壳或

里；野外三条高压输电线上方架设两条导线，与

相连，把高压输电线屏蔽起来。外表面不会金属网大地(2)静电吸附①静电除尘：设法使空气中的尘埃带电，在静电力作用下，尘埃到达电极而被收集起来。②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，这些微粒向着作为正极的工件运动，并沉积在工件的表面，完成喷漆工作。③静电复印：复印机的核心部件是有机光导体鼓，在没有光照时是绝缘体，有光照时是导体。复印机复印的工作流程：充电、曝光、显影、转印、放电。2．判断(1)把仪器放在金属网内和放在封闭的金属壳内能起到同样的静电屏蔽作用。(

)(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)飞机轮上装上拖地线，油罐车后面拖条铁链，都是把静电导入大地。(

)√×√3．想一想把手机放在不锈钢快餐杯中并用盖子盖住，手机还能接通吗？如果放在塑料饭盒中呢？试一试并解释其中的原因。提示：手机放在塑料饭盒中能够接通，放在不锈钢快餐杯中不能接通。这是因为不锈钢快餐杯能够形成静电屏蔽，手机无法接收到外界的电磁信号，所以不能接通。[问题驱动]如图9.4-­1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？提示：自由电子受外加电场的电场力作用而移动，向着与电场相反的方向定向移动。(2)自由电子能否一直定向移动？为什么？

提示：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。

【重难释解】1．静电平衡状态的实质由于静电感应，在导体两侧出现等量异种的感应电荷，感应电荷在导体内部形成与原电场E0反向的电场E′，在导体内任一点E′＝－E0，使得合电场强度E内＝0。2．对孤立带电导体的理解对一孤立带电导体，可视为导体处于自己所带电荷的电场中，达到静电平衡时，也有两个基本特点：一是导体内部的场强处处为零，二是导体所带电荷只能分布在导体的外表面上。这种情况下导体内部场强为零的本质是：导体表面所带全部电荷在内部任一处产生的电场强度的矢量和为零。3．对静电平衡时导体上电荷的分布的理解(1)实心导体：导体内部无电荷，电荷只分布在导体外表面上。(2)空腔导体：空腔内无电荷时，电荷分布在外表面上(内表面无电荷)；空腔内有电荷时，内表面因静电感应出现等量的异种电荷，外表面有感应电荷。感应电荷电场强度的求解思路(1)求解外电场在该处电场强度的大小和方向。(2)利用导体内部合电场强度处处为零和电场的叠加原理，求解感应电荷在该处的电场强度，此电场强度与外电场的电场强度大小相等、方向相反。【素养训练】1.

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，使球B和A球内壁接触，如图9.4-­3所示，则A、B带电荷量分别为

(

)A．QA＝10－8C，QB＝10－8CB．QA＝2×10－8C，QB＝0C．QA＝0，QB＝2×10－8CD．QA＝4×10－8C，QB＝－2×10－8

C2．如图9.4-­4所示，一个方形的金属盒原来不带电，现将一个带电荷量为＋Q的点电荷放在盒左边附近，达到静电平衡后，盒上的感应电荷在盒内部产生的电场分布情况正确的是

(

)图9.4­-4解析：由于金属盒内部处于静电平衡状态，所以内部每点的合电场强度都为0，即金属盒内的感应电荷产生的电场的电场强度都与点电荷＋Q在该点产生的电场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，但方向相反，故选项C正确。答案：C

[问题驱动]请观察建筑物上的避雷针(如图9.4-­5)，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。图9.4-­5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。

【重难释解】1．导体内部不受外部电场影响的情况(1)现象：由于静电感应，验电器箔片张开，如图9.4­-6甲所示。将验电器放入导体网罩内部后验电器箔片不张开，如图9.4­-6乙所示，即外部电场影响不到导体内部。图9.4­-6(2)本质：是静电感应，导体外表面感应电荷与外电场在导体内部任一点的电场强度的叠加结果为零。2．接地导体壳内部电场对壳外空间无影响的情况(1)现象①如图9.4-­7甲所示，导体壳没有接地时，处于内部电场中，达到静电平衡，导体壳内外表面出现等量异种电荷，壳内外表面之间场强处处为零，壳外场强不为零。图9.4­-7②导体壳接地后，如图9.4­-7乙所示，导体壳外的正电荷被大地负电荷中和，正电荷出现在地球的另一端无穷远处，导体壳内外表面之间及导体壳外部场强处处为零，导体壳外部空间不受内部影响。(2)本质：仍然是静电感应，使导体壳内表面感应电荷与壳内电荷在导体壳内表面以外空间叠加结果为零。[解析]

C对外界电场有静电屏蔽作用，使处于C内部的A不受外界电场影响，所以A的位置不变；但A在C的外表面感应出正电荷，所以B将向右偏，选项B正确。[答案]

B静电屏蔽问题的三点注意(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的电场作用。(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。【素养训练】3.

如图9.4­-9所示，把原来不带电的金属壳B的外表面接地，将一带正电的小球A从小孔中放入金属壳内，但不与B接触，达到静电平衡状态后，则

(

)A．金属壳B的空腔内电场强度为零B．金属壳B不带电C．金属壳B的外表面带正电荷

图9.4-­9D．金属壳B的内表面带负电荷解析：因为金属壳的外表面接地，所以外表面无感应电荷，只有内表面有感应电荷分布，且由于A带正电荷，则B的内表面带负电荷，选项D正确，选项B、C错误；B的空腔内有带正电荷的小球A产生的电场和金属壳内表面感应电荷产生的电场，由电场叠加知，电场线的方向由A指向B，所以空腔内电场强度不为零，选项A错误。答案：D

4.

如图9.4-­10所示，A为空心金属球，B为实心金属球，A、B两球原来不带电，将另一带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央，不接触A球，然后用手接触一下A球，再用手接触一下B球，再移走C球，则

(

)图9.4­-10A．A球带负电荷，B球带正电荷

B．A球带负电荷，B球不带电C．A、B两球都带负电荷

D．A、B两球都带正电荷解析：首先带正电荷的小球C从A球开口处放入A球中央。根据静电感应现象可知，A球内表面带负电荷，外表面带正电荷。用手接触A球相当于把A球接地，由大地传导过来的电子与A球外表面正电荷中和，使A球外表面不带电，此时A球对外起静电屏蔽作用，A球内的电场不影响外部。用手接触B时，无电荷移动，B球不带电。当带正电荷的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，所以此时A球带负电荷。由上述可知，选项B正确。答案：B

一、培养创新意识和创新思维1．低碳环保是我们追求的生活方式。如图9.4­-11所示，是一个用来研究静电除尘的实验装置，处于强电场中的空气分子会被电离为电子和正离子，当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，蚊香产生的烟尘会被电极吸附，停止转动手摇起电机，蚊香的烟尘又会袅袅上升。关于这个现象，下列说法中正确的是

(

)图9.4­-11A．烟尘因为带正电而被吸附到缝被针上B．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越大C．同一烟尘颗粒在被吸附过程中离铝板越近速度越小D．同一烟尘颗粒在被吸附过程中如果带电荷量不变，离铝板越近则加速度越大解析：中性空气分子在强电场中被电离成电子和带正电的离子，烟尘颗粒吸附电子后带上负电，在电场力作用下向铝板做加速运动，所以选项A、C错误，选项B正确；因铝板与缝被针间的电场线形状相当于横向放置的锥形体，离铝板越近，电场线越稀疏，电场强度越小，烟尘颗粒受电场力越小，加速度越小，选项D错误。答案：B

二、注重学以致用和思维建模2．下列应用与防护和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．一般马路表面建造的很平滑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解析：马路表面建造的很平滑与静电无关，A、C、D项与尖端放电现象有关，故选B。答案：B

3.(多选)静电除尘器除尘原理如图9.4­-12所示。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向收尘极迁移并沉积，以达到除尘目的。下列表述正确的是

(

)A．带电尘埃带正电荷B．电场方向由收尘极指向电晕极C．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同D．在同一位置，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大解析：由题图可知，电晕极为负极，收尘极为正极，带电尘埃必带负电荷，电场方向指向电晕极，带电尘埃受到的电场力方向与电场方向相反，A、C错误，B正确；在同一位置上，电场强度大小相同，带电荷量越多的尘埃所受电场力越大，故D正确。答案：BD

探究一静电平衡【情境导引】如图所示,把一个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,从而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)自由电子能否永无休止地定向移动?为什么?要点提示

(1)自由电子受外加电场的静电力作用而移动,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。【知识归纳】静电平衡状态导体的三个特点1.导体内的自由电荷不再发生定向移动。2.处于静电平衡状态的导体,内部的电场强度处处为0。3.处于静电平衡状态的导体,电荷只分布在导体的外表面,导体内部没有净剩电荷。形状不规则的导体外表面,电荷分布不均匀,电场强度也不相等。越尖锐的位置,电荷的密度越大,周围的电场强度越大。要点笔记

一个孤立的带电导体,在自身所带电荷的电场中,处于静电平衡状态,具有静电平衡的所有特点。【典例示范】例1(河北衡水中学月考)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,导体内部电场强度处处为0,感应电荷在导体内部某处产生的电场与场源电荷Q在此处产生的电场的电场强度大小相等,方向相反,故A正确,B、C、D错误。规律方法

求处于静电平衡状态的导体的感应电荷产生的电场强度的方法(1)先求出外电场电场强度E外的大小和方向。(2)由于导体处于静电平衡状态,故满足静电平衡条件E合=0。(3)由E外+E感=0,求出感应电场E感的大小和方向。探究二尖端放电和静电屏蔽【情境导引】避雷针是利用尖端放电保护建筑物的一种设施,其原理是什么?要点提示

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,使建筑物避免雷击。【知识归纳】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其他分子使它们进一步电离,所带电荷与导体尖端电性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0,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0而已。(2)静电屏蔽的两种情况

类别导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部图示

实现过程因场源电荷产生的电场与导体球壳表面上感应电荷在空腔内的合电场强度为0,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而传给地球,外部电场消失,起到屏蔽内电场的作用类别导体外部电场不影响导体内部接地导体内部的电场不影响导体外部最终结论导体内空腔不受外界电荷影响接地导体空腔外部不受内部电荷影响本质静电感应与静电平衡,所以做静电屏蔽的材料只能是导体,不能是绝缘体【典例示范】例2下列实验中,验电器的金属箔片会张开的是(

)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。