《静电的防止与利用》课件

4.静电的防止与利用第九章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标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。(物理观念)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)3.会根据静电平衡条件求解感应电荷产生的电场强度。(科学思维)4.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。(科学探究)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、静电平衡1.静电平衡:不带电的金属导体放到电场中,导体内的自由电子在静电力作用下,将向着与电场相反的方向定向移动。在导体的两个侧面上将出现正、负电荷,直到导体内部各点的电场强度E=0为止,导体内的自由电子不再发生定向移动,这时导体达到静电平衡状态。2.导体两侧出现的正、负电荷在导体内部产生的电场E'与外加电场E0的方向相反。处于静电平衡状态的导体,内部的电场强度处处为

0。二、尖端放电1.静电平衡的导体上的电荷分布特点:(1)导体内部没有净剩电荷,电荷只分布在导体的外表面;(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)越大,周围的电场强度越大。2.空气的电离: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分离。3.尖端放电现象: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,这种现象叫作尖端放电。4.尖端放电的应用与防止:避雷针应用尖端放电原理;高压设备中的导体表面应该尽量光滑。三、静电屏蔽想一想(1)使带正电的金属球靠近验电器,但不接触,金属箔片是否张开?解释看到的现象。(2)如图所示,用金属网把验电器罩起来,再使带正电的金属球靠近验电器,观察金属箔片是否张开。这个现象说明什么问题?提示

(1)使带正电的金属球靠近验电器,但不接触,验电器的金属箔片张开。由于静电感应,带正电的金属球会使验电器小球上感应出负电荷,而两金属箔片上会感应出正电荷,所以金属箔片会张开。(2)若用金属网把验电器罩起来,验电器的金属箔片并不张开。这说明金属网能把外电场“挡住”,使罩内不受外电场的影响。1.静电屏蔽:金属壳达到静电平衡时,其内部电场强度保持为0,外部电场对壳内的仪器不会产生影响。金属壳的这种作用叫作静电屏蔽。2.应用:高压输电线的上方有两条导线,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,使其免遭雷击。四、静电吸附1.在电场中,带电粒子受到静电力的作用,向着电极运动,最后被吸附在电极上。2.应用:静电除尘,静电喷漆,静电复印。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)静电平衡时,导体内的自由电子不再定向移动。(

)答案

√(2)静电平衡时导体内部电场强度为0。(

)答案

√2.用反证法说明静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零。答案

如果静电平衡时导体内部的电场强度不为0,那么自由电子就要在静电力的作用下做定向移动,那就不是静电平衡状态了。课堂篇探究学习探究一静电平衡【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。探究三静电的应用与静电危害的防止【情境导引】如图所示,在工厂里,靠近传送带的工人容易受到电击。经研究发现,这是由于传送带在传送过程中带上了电。(1)为什么靠近传送带的物体会带电?(2)你可以用什么方法来解决这个问题?要点提示

(1)传送带因为与被传送的物体发生摩擦而带电,靠近传送带的物体因为静电感应也带上了电。(2)要避免这种电击,可以把导体材料如金属丝等掺到传送带材料中,让传送带变成导体,再用适当的方法把传送带接地,静电便不会积累。【知识归纳】1.静电的应用在生产和生活中,静电的应用十分广泛,如激光打印、静电喷漆、静电除尘、静电处理种子、静电处理水、静电放电产生臭氧、静电植绒、静电净化空气、静电提高喷洒农药的效果、静电选矿等。

2.静电的危害静电是一种常见现象,也会给人们带来危害。如在印刷厂里,纸张之间摩擦带电,会使纸张粘在一起,难以分开;在印染厂里,棉纱、毛绒、人造纤维上的静电会吸引空气中的尘埃,使印染质量下降;静电对现代高精度电子设备影响很大,大量的静电不但会妨碍电子设备的正常运行,甚至会因火花放电而击穿电子仪器的某些器件。3.防止静电危害的主要方法与途径(1)尽量减少静电的产生,常用的方法是增大空气的湿度。(2)尽快把静电导走,防止静电积累,常用的简单办法是接地。【典例示范】例3下列做法中,属于预防静电危害的是(

)A.用静电吸附粉尘B.用静电喷涂油漆C.复印机对碳粉的静电吸附D.运输汽油等易燃易爆物品的车辆拖条铁链在地上答案

D解析

用静电吸附粉尘、用静电喷涂油漆、复印机对碳粉的静电吸附等是静电的应用。汽车行驶时,油罐中的汽油随车的振动摩擦起电,如果不及时地将这些静电导走,一旦出现放电现象,就会发生爆炸事故。铁链使油罐表面与大地相连,使油罐罐体中的电荷不断被导走,这是预防静电的危害,故D正确,A、B、C错误。

随堂训练1.一个带电的金属球,当它带的电荷量增加后(稳定),其内部的电场强度(

)A.一定增强 B.不变C.一定减弱 D.可能增强,也可能减弱答案

B解析

孤立带电金属球处于静电平衡状态,内部电场强度为0,电荷量增加,电场强度仍为0。2.如图所示,将一个带正电的小球Q放在本身不带电的枕形导体AB靠近A端一侧,由于静电感应,枕形导体的A、B两端分别出现“-”“+”感应电荷。则以下说法中正确的是(

)A.A端接一下地,导体将带正电荷B.A端接一下地,导体将带负电荷C.导体上的感应电荷在导体内部产生的电场方向与小球Q在同位置产生的电场方向相同D.导体上的感应电荷在导体内部产生的电场强度为0答案

B解析

将枕形导体接地,则枕形导体带负电,故A项错误,B项正确;导体上的感应电荷在导体内部产生的电场方向与小球Q在同位置产生的电场方向相反,故C项错误;小球Q和枕形导体的感应电荷在枕形导体内部的合电场强度为0,故D项错误。知识点1

静电平衡

导体内部的电荷将重新分布。同学们画出四幅图,其中A、B两图描述了导体刚放入电场未达到静电平衡状态时，自由电子和金属离子的定向运动情况（图中箭头代表它们定向运动的方向）；C、D两图描述了导体达到静电平衡后，自由电子和金属离子的分布情况。则四幅图中可能正确的是(

)

ACA.

B.

C.

D.

【解析】

导体刚放入电场未达到静电平衡时，电子在外电场作用下向左移动，A选项正确；金属导体中自由电子可以移动，但金属离子不可移动，故B选项错误；导体达到静电平衡后，导体内部场强处处为零，左侧负电荷分布密集，但金属离子不移动，故C选项正确，选项D错误。

√√

另一端与大地相连，则金属球和大地相当于一个新的大导体，在靠近点电荷的一端即金属球右侧感应出负电荷，在远离场源电荷的一端即大地感应出正电荷，即有电子流入金属球，故D错误。知识点2

尖端放电3.如图所示是模拟避雷针作用的实验装置，则有关放电的论述正确的是(

)

A

4.在高大的建筑物上安装避雷针的目的是(

)

AA.通过尖端放电中和云层中的电荷

B.避免放电现象的发生C.直接导走云层中的电荷

D.增加电荷在建筑物上的积累

知识点3

静电屏蔽

√√√【解析】

手持取电棒C，把C接触B的内壁，由于电荷只分布在外表面上，所以不能使取电棒C带上电荷，所以再让C与A接触，不能使A带电，故A错误；用取电棒C先跟B的外壁接触一下后再靠近A，取电棒C带上正电荷，A的近端感应出负电荷，A的远端感应出正电荷，则金箔感应出正电荷并张开，故B正确；用表皮绝缘的导线把验电器跟取电棒C的导体部分相连，再把取电棒C与B的内壁接触，三者组成新的等势体，电荷将传递到A，使金箔张开，故C正确；使验电器A靠近B，A将由于静电感应，金属球处带上负电荷，而金箔处带上正电荷，使金箔张开，故D正确。6.[河南省郑州外国语学校月考]下列四幅图描述的场景依次为雷电击中避雷针（图甲）、高压输电线上方还有两条与大地相连的导线（图乙）、燃气灶中的针尖状点火器（图丙）、工人穿戴着含金属丝制成的工作服进行超高压带电作业（图丁），关于这四幅图所涉及的物理知识，下列说法正确的是(